Hoàn thiện quy trình chế tạo vật liệu phát quang màu xanh được ứng dụng trong công nghệ led trắng

Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CỬ NHÂN VẬT LÝ Đề tài: HỒN THIỆN QUY TRÌNH CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÁT QUANG MÀU XANH, ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ LED TRẮNG Người hướng dẫn: ThS Lê Văn Thanh Sơn Người thực hiện: Nguyễn Thị Minh Thắng Đà Nẵng, tháng 5/2013 SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo khoa Vật Lý - trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng tận tình giảng dạy giúp đỡ em suốt thời gian học tập trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lê Văn Thanh Sơn - cảm ơn Thầy truyền thụ cho em nhiều kiến thức niềm đam mê ngành Vật Lý mà em chọn Thầy tận tình quan tâm, giúp đỡ, giải đáp thắc mắc tạo điều kiện thuận lợi cho em Nhờ đó, em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Tuy nhiên, kiến thức em nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn Em mong nhận ý kiến đóng góp q báu thầy để giúp em hồn thiện thêm kiến thức lĩnh vực Em xin chân thành cám ơn! Đà nẵng, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực Nguyễn Thị Minh Thắng SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU PHẦN A: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Hiện tượng phát quang 1.1.1 Khái niệm phân loại tượng phát quang 1.1.2 Vật liệu phát quang 1.1.3 Vật liệu phát quang dạng photphor tinh thể 1.2 Cơ chế tượng phát quang 10 1.2.1 Phát quang nguyên tử 10 1.2.2 Phát quang phân tử 11 CHƯƠNG II : TÌM HIỂU VỀ PHỔ HUỲNH QUANG 13 2.1 Phổ huỳnh quang phổ kích thích huỳnh quang 13 2.2 Sự phụ thuộc cường độ phổ huỳnh quang vào nồng độ .13 2.3 Sự dập tắt huỳnh quang 14 CHƯƠNG III : TỔNG QUAN VỀ ION ĐẤT HIẾM, ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP 16 3.1 Sơ lược nguyên tố đất .16 3.2 Các dịch chuyển quang học đặc trưng số ion đất RE thông dụng 18 3.2.1 Các dịch chuyển quang học đặc trưng tâm ion Eu3+ Eu2+ 18 3.2.2 Các dịch chuyển quang học đặc trưng tâm ion Dy3+ 23 3.3 Sơ lược kim loại chuyển tiếp .25 CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU 28 SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý 4.1 Phản ứng pha rắn 28 4.2 Phương pháp phun nhiệt phân 28 4.3 Phương pháp sol-gel 29 CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG TRONG CÔNG NGHỆ LED TRẮNG 32 5.1 Công nghệ LED trắng 32 5.1.1 Hoạt động LED 32 5.1.2 Chế tạo LED trắng 33 5.1.3 Ưu điểm LED .34 5.1.4 Ứng dụng LED 35 5.2 Một số ứng dụng khác 35 5.2.1 Đèn huỳnh quang 35 5.2.2 Màn hình đèn ống CRT 36 5.2.3 Sơn phát quang 38 PHẦN B: THỰC NGHIỆM 40 PHẦN I: CHẾ TẠO MẪU 40 PHẦN II: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 2.1 Kết 41 2.1.1 Phổ phát quang vật liệu Aluminate .41 2.1.2 Phổ phát quang vật liệu Silicate .47 2.2 Thảo luận 48 PHẦN III : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý LỜI MỞ ĐẦU Vật liệu phát quang ứng dụng rộng rãi kỹ thuật sống Từ ứng dụng thực tiễn lĩnh vực chiếu sáng đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn LED (Light emitting diode) lĩnh vực hiển thị hình phẳng, hình tinh thể lỏng PDPs (Plasma display panels), Vật liệu phát quang ln đóng vai trị quan trọng Và với hiếu kỳ cộng thêm nhu cầu người nguyên nhân thúc đẩy người tìm kiếm vật liệu phát quang hữu hiệu hơn, với đặc tính tốt nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao xã hội Trong năm gần đây, vật liệu phát quang dài có độ chói cao aluminat kiềm thổ MAl2O4 (M: Sr, Ca, Ba) pha tạp ion đất (RE) quan tâm nghiên cứu Loại vật liệu phát xạ vùng nhìn thấy có nhiều ưu điểm vượt trội, độ chói cao, thời gian phát quang dài hẳn vật liệu truyền thống, không gây độc hại cho người môi trường Led với nhiều ưu điểm vượt trội: ánh sáng lớn, độ bền cao tiêu tốn điện năng, Led ứng dụng rộng rãi lĩnh vực: bảng quảng cáo, hệ thống đèn giao thông, biển dẫn,…Việc sử dụng rộng rãi thiết bị chiếu sáng loại đèn giúp tiết kiệm nhiều lượng Ánh sáng trắng LED tạo dựa nguyên lý trộn màu (đỏ, xanh lục, xanh lam) Vì vậy, tác giả tiến hành khảo sát phổ phát quang phổ kích thích số vật liệu Aluminate Silicate pha tạp ion Eu2+, Dy3+ Mn2+ Mục đích chế tạo vật liệu phát quang tốt màu xanh lục (green) để dùng Led trắng Đó lý tơi chọn đề tài : “Hồn thiện quy trình chế tạo vật liệu phát quang màu xanh, ứng dụng công nghệ Led trắng” SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN A: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Hiện tượng phát quang : 1.1.1 Khái niệm phân loại tượng phát quang : Người ta làm số thí nghiệm, ví dụ : chiếu tia tử ngoại (UV) có bước sóng λ vào dung dịch rượu fluorêxêin dung dịch phát ánh sáng màu xanh lục nhạt có bước sóng λ’ (λ’ > λ) Sự phát sáng biến sau ngừng kích thích ánh sáng tử ngoại Hay chiếu tia UV vào tinh thể ZnS có pha lượng nhỏ Cu Co tinh thể phát ánh sáng có màu xanh lục, ánh sáng tồn lâu sau ngừng kích thích Hiện tượng tương tự xảy với nhiều chất rắn, lỏng khí khác đồng thời với tác nhân kích thích khác Hiện tượng gọi tượng phát quang (Luminescence) Như vậy, phát quang xạ ánh sáng vật chất tác động tác nhân kích thích khơng phải đốt nóng thơng thường Bước sóng ánh sáng phát quang đặc trưng cho vật liệu phát quang, hồn tồn khơng phụ thuộc vào xạ chiếu lên Thơng thường phát quang nằm vùng quang học nghĩa vùng từ tử ngoại đến hồng ngoại Tuy nhiên dùng xạ hạt để kích thích phát quang xạ nằm vùng tử ngoại Đa số nghiên cứu tượng phát quang quan tâm đến xạ vùng khả kiến Có nhiều cách để phân loại tượng phát quang : - - Phân loại theo tính chất động học: + Phát quang tâm bất liên tục + Phát quang tâm tái hợp Phân loại theo phương pháp kích thích : + Quang phát quang (Photoluminescence - PL): kích thích chùm tia tử ngoại + Cathod phát quang (Cathodoluminescence - CAL) : kích thích chùm điện tử SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý + Điện phát quang (Electroluminescence - EL) : kích thích hiệu điện + X-ray phát quang (X-ray luminescence-XL): kích thích tia X + Hóa phát quang (Chemiluminescence - CL) : kích thích lượng phản ứng hóa học… - Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau ngừng kích thích : + Q trình huỳnh quang : xạ xảy sau ngừng kích thích suy giảm thời gian pico-giây (10-12 s) Hiện tượng xảy phổ biến hầu hết vật liệu phát quang dạng chất lỏng, chất khí số chất rắn + Quá trình lân quang : xạ suy giảm chậm, thời gian suy giảm kéo dài vài phút hàng tuần sau dừng kích thích Hiện tượng phổ biến vật liệu dạng rắn - Phân loại theo cách thức chuyển dời từ trạng thái kích thích trạng thái cho xạ phát quang : + Phát quang tự phát : tâm xạ tự phát chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái để phát ánh sáng, không cần chi phối yếu tố từ bên ngồi Q trình phát xạ tự phát liên quan đến phổ huỳnh quang + Phát quang cưỡng : phát quang xảy tâm xạ chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái nhờ tác động từ bên ngồi (ví dụ ánh sáng nhiệt độ) 1 hν1 12 hν1 2 (a ) (b ) (c ) (a) : Hấp thụ ; (b) : Phát quang tự phát ; (c) : Phát quang cưỡng Hình 1.1 Quá trình hấp thụ phát quang nguyên tử SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý II III I Hình 1.2 Cơ c hế phát quang cưỡng Phát quang cưỡng bao gồm hai giai đoạn Giai đoạn chuyển điện tử từ mức siêu bền III lên mức II tác dụng bên Gi đoạn chuyể n điện tử từ mức II mức I 1.1.2 Vật liệu phát quang : Trong thiên nhiên có nhiều chất có khả hấp thụ lượng bên ngồi dùng lượng hấp thụ để đưa phân tử từ trạng thái lên trạng thái kích thích Từ trạng thái kích thích, phân tử chuyển trạng thái xạ ánh sáng Các chất có khả biến dạng lượng khác (quang năng, điện năng, nhiệt năng, ) thành quang gọi chất phát quang 1.1.3 Vật liệu phát quang dạng photphor tinh thể : Phốt tinh thể (Luminophor) hợp chất vô tổng hợp dạng rắn, thường chất bán dẫn điện mơi có khuyết tật mạng tinh thể Chúng có đặc điểm trội phát quang sau q trình kích thích Cấu tạo vật liệu phát quang photpho tinh thể thường gồm phần : - Chất (còn gọi chất nền, mạng chủ) thường hợp chất sulphua kim loại nhóm hai (như ZnS, CdS, PbS…), hợp chất kim loại, aluminate, sulphate, phức chất,… SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp - Khoa Vật Lý Chất kích hoạt (cịn gọi tâm kích hoạt, tâm phát quang,…) thường kim loại (như Ag, Cu, Mn, Cr…) nguyên tố đất RE (Rare Earth) thuộc họ Lanthan Chất kích hoạt thường có nồng độ nhỏ so với chất lại định tính chất phát quang vật liệu Sự phát quang phốt tinh thể mang tất đặc điểm phát quang tái hợp Đó : - Khơng có liên hệ trực tiếp phổ hấp thụ phổ phát quang Phổ hấp thụ chủ yếu chất định thường phổ đám rộng vùng tử ngoại Phổ phát quang chủ yếu chất kích hoạt định, thường dải phổ hẹp thuộc vùng khả kiến hồng ngoại Mỗi chất kích hoạt cho phổ phát quang đặc trưng phụ thuộc vào chất trừ chất làm thay đổi hóa trị ion chất kích hoạt - Ánh sáng phát quang phốt tinh thể khơng bị phân cực kích thích ánh sáng phân cực - Trong trình phát quang phốt tinh thể có phát quang kéo dài phát quang tức thời Thời gian phát quang tức thời ngắn ( nhỏ 10-10s), thời gian phát quang kéo dài lớn (vài ngày lâu hơn) Tùy theo điều kiện kích thích, cơng nghệ chế tạo mà hai loại phát quang xảy cạnh tranh phốt tinh thể Phổ phát quang toàn phần phốt tinh thể phụ thuộc vào thành phần hóa học, trạng thái hóa lý Và vật liệu đồng pha tạp phổ phát quang bao gồm số dải xạ khác Trong điều kiện kích thích khác nhau, phổ phát quang chúng thể vài dải phổ thành phần Nói cách khác thay đổi phương pháp kích thích ta làm thay đổi phổ thành phần phát quang Trong thực tế, hầu hết vật liệu phát quang kích thích chùm xạ hạt lượng cao (như tia âm cực, chùm hạt α, β) phát quang tức thời thu mạnh, phổ phát quang gồm dải nằm vùng khả kiến có bước sóng ngắn, trung bình dài Nhưng kích thích xạ tử ngoại SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý khả kiến nhiệt độ phịng phổ phát quang bao gồm dải xạ vùng bước sóng trung bình dài Q trình phát quang thường có liên hệ chặt chẽ đến thay đổi độ dẫn điện Như nêu, phốt tinh thể thuộc nhóm chất điện mơi bán dẫn Do tác dụng ánh sáng kích thích thường kèm theo hiệu ứng quang điện (cả hiệu ứng quang điện hiệu ứng quang điện ngoài), hậu độ dẫn điện chúng thay đổi đồng thời với trình phát quang Ngoài đặc điểm nêu trên, chúng cịn có số đặc điểm khác cường độ ánh sáng kích thích thay đổi dẫn đến thay đổi thành phần phổ phát quang, bước sóng ánh sáng kích thích thay đổi dẫn đến cường độ phát quang thay đổi Hầu hết phốt tinh thể có đặc trưng nhiệt phát quang (TL – Thermoluminescence) 1.2 Cơ chế tượng phát quang : 1.2.1 Phát quang nguyên tử : Các điện tử nguyên tử tồn trạng thái có lượng xác định số lượng tử n, l, j Ta dùng sơ đồ mức lượng để giải thích chế phát quang Sự phân bố điện tử mức lượng tuân theo phân bố Maxwell – Boltzmann : Trong đó: Ei lượng trạng thái i nhiệt độ tuyệt đối T; k số Boltzman; n0 số điện tử trạng thái E0; n số điện tử trạng thái có mức lượng Ei Ở nhiệt độ phòng, hầu hết điện tử mức E0 Khi bị kích thích điện tử chuyển lên mức cao Theo phân bố M-B điện tử có xu hướng chuyển mức lượng thấp Lúc xuất khả : - Nếu chuyển dời xảy mức có khoảng cách đủ hẹp electron chuyển trạng thái không phát quang mà phát phonon - Nếu chuyển dời xảy mức có khoảng cách lượng đủ lớn, cụ thể lớn ngưỡng q trình chuyển dời kèm theo phát photon, SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 10 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý thủy tinh hình trụ có tỷ số chiều dài đường kính thích hợp để giảm tổn thất công suất hai đầu, tổn thất công suất vùng catôt anôt Quanh thành ống bên phủ nhiều lớp bột huỳnh quang có độ dày cỡ 10 μm hai đầu hai điện cực Ngoài thành ống phủ lớp Al2O3, lớp nhơm oxit vừa có tính bảo vệ không cho tia phá hủy lớp thủy tinh bên (lớp thủy tinh loại vật liệu rẻ tiền), ngồi cịn đóng vai trị làm bề mặt phản xạ tia 254nm phát xạ thủy ngân không bị lớp bột huỳnh quang hấp thụ hết quay trở lại làm tăng cường độ phát quang Mỗi điện cực cấu tạo hai ba lõi vonfram bọc vật liệu phát xạ điện tử BaO, SrO CaO Môi trường bên ống thủy ngân argon hỗn hợp khí trơ thủy ngân Hình 5.6 Cấu tạo đèn huỳnh quang 5.2.2 Màn hình đèn ống CRT: Màn hình CRT cấu tạo từ ống phóng điện tử cụm hình thuỷ tinh Tồn phần bên hút chân không SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 36 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý  Sơ đồ cấu tạo: Ống phóng chùm tia điện tử Các chùm tia điện tử Cụm thấu kính từ Màn hình quang Chỗ nối anot Cụm hình Mặt nạ hình Lớp photphor Hình 5.7 Sơ đồ cấu tạo hình đèn ống CRT Cụm đầu phóng điện tử bao gồm ống phóng chùm tia điện tử (1) Ở có ba ống để phục vụ cho ba màu khác Trong ống có sợi đốt (kiểu giống dây tóc bóng đèn sợi đốt mà thường thấy, tóc sợi đốt có hình dạng đặc biệt nhiều) Khi làm việc sợi đốt nung nóng đến nhiệt độ định để điện tử tự kim loại sợi dây tóc nhảy khỏi bề mặt Khi điện tử nhảy chúng nằm điện trường có hiệu điện lớn (1) (5) bị hút vào điện trường thành chùm tia điện tử (2) Để tạo tia điện tử hội tụ mặt nạ hình (7), ống CRT có cụm thấu kính từ (3) (hệ thấu kính từ không giống thấu kinh quang học) SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 37 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý Để lái tia điện tử đến điểm mong muốn ống CRT có cuộn lái tia theo hai phương (ngang đứng) điều khiển tia đến vị trí huỳnh quang (4) Các chùm tia điện tử điều khiển theo toạ độ khác cuộn lái tia hội tụ điểm lỗ mặt nạ (7), xuyên qua lỗ chúng đập vào lớp phốt (8) mà hiển thị màu sắc khác Mỗi lỗ mặt nạ điểm ảnh, tương ứng với ba màu đỏ-xanh lục-xanh lam Hình 5.8 Màn hình CRT 5.2.3 Sơn phát quang: Sơn phát quang loại sơn có khả phát sáng dựa theo nguyên tắc hấp thụ ánh sáng mặt trời (khi sơn nhà) hấp thụ ánh sáng đèn (khi sơn nhà) sau phát sáng bóng tối trời tối tắt điện Khả phát sáng phụ thuộc vào nguồn, cường độ lượng ánh sáng, loại chất màu phát sáng, ánh sáng xung quanh, khả thích nghi mắt khoảng cách với tượng phát quang Ánh sáng chứa nhiều tia cực tím có hiệu phát sáng cao Khả hấp thụ ánh sáng cịn tuỳ thuộc vào bước sóng hấp thụ loại sơn, khả giữ lượng để phát sáng lâu dài phụ thuộc vào loại sơn: SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 38 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý - Sơn phát quang nhà: Là loại sơn hệ nước Tuỳ theo yêu cầu độ bền mài mịn mục đích sử dụng, sơn phát sáng nhà có loại thành phần hai thành phần Độ phát sáng sơn cao không gian tối - Sơn phát quang trời: Là loại sơn hệ dầu Thời gian phát sáng loại sơn lâu gấp 10 lần so với loại sơn hệ nước Sơn bền với thời tiết mưa nắng Độ phát sáng sơn cao không gian tối SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 39 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN B: THỰC NGHIỆM PHẦN I: CHẾ TẠO MẪU Các mẫu vật liệu chế tạo phản ứng pha rắn Mẫu vật liệu BaAl2O4:1% Mn2+ Hỗn hợp BaCO3, Al2O3, MnCO3 lấy theo tỉ lệ phù hợp Mẫu vật liệu ZnAl2O4:1% Mn2+ Hỗn hợp Zn(CH3COO)2.2H2O, Al2O3, MnCl2.4H2O lấy theo tỉ lệ phù hợp Mẫu vật liệu ZnAl2O4:1% Mn2+ Hỗn hợp Zn(CH3COO)2.2H2O, Al2O3, MnCO3 lấy theo tỉ lệ phù hợp Mẫu vật liệu (Zn,Sr)Al2O4: 1% Mn2+ Hỗn hợp Zn(CH3COO)2.2H2O, SrCO3, Al2O3, MnCO3 lấy theo tỉ lệ phù hợp (ZnO)0.5.(SiO2)0.5.(Al2O3)1.1: 1% Mn2+ Mẫu vật liệu (Zn,Si)Al2O4: 1% Mn2+ Hỗn hợp Zn(CH3COO)2.2H2O, thủy tinh vơ định hình SiO2, Al2O3, MnCO3 lấy theo tỉ lệ phù hợp (ZnO)1.0.(SiO2)8.0.(Al2O3)1.0: 1% Mn2+ Mẫu vật liệu SrAl2O4: 1% Eu2+ Hỗn hợp SrCO3, Al2O3, Eu2O3 lấy theo tỉ lệ phù hợp Mẫu vật liệu (Mg,Sr)SiO3: 2% Dy3+ Hỗn hợp MgCl2.4H2O, SrCO3, thủy tinh vơ định hình SiO2, Dy3O4 lấy theo tỉ lệ phù hợp (MgO)0.4.(SrO)0.6.(SiO2)1.0: 2% Dy3+ Tất mẫu vật liệu trộn nghiền Sau nung nhiệt độ 13000C/2h, để nguội tự nhiên vài Các mẫu làm tiến hành đo phổ phát quang hệ đo huỳnh quang QE65000 trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng hệ đo huỳnh quang FL322 trường Đại Học Duy Tân Đà Nẵng SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 40 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN II: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.1 Kết quả: 2.1.1 Phổ phát quang vật liệu Aluminate: Mẫu vật liệu BaAl2O4:1% Mn2+: T1g(G) 140000 PL:Ba_Al_Mn A1g(S) 120000 Intensity(a.u) 100000 80000 Ex=420nm 60000 Em=517nm 40000 20000 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm) Hình 1: Phổ phát quang BaAl2O4:1% Mn2+  Nhận xét: Đường cong phát quang có đỉnh cực đại phát quang λmax= 517nm, nằm vùng ánh sáng xanh SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 41 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý Mẫu vật liệu ZnAl2O4: 1% Mn2+(MnCl2.4H2O): 2+ ZnAl2O4: 1% Mn 1600000 cuong phat quang (a.u) 1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 -200000 350 400 450 500 550 600 650 700 750 buoc song (nm) Hình 2: Phổ phát quang ZnAl2O4: 1%Mn2+ (MnCl2.4H2O)  Nhận xét: Đường cong phát quang có đỉnh cực đại phát quang λmax= 509nm, nằm vùng ánh sáng xanh SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 42 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý Mẫu vật liệu ZnAl2O4: 1% Mn2+(MnCO3): ZnAl2O4: Mn 2+ 25000 cuong (a.u) 20000 15000 10000 5000 350 400 450 500 550 600 650 700 750 buoc song (nm) Hình 3: Phổ phát quang ZnAl2O4: 1%Mn2+ (MnCO3)  Nhận xét: Đường cong phát quang có đỉnh cực đại phát quang λmax= 509nm, nằm vùng ánh sáng xanh SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 43 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý Mẫu vật liệu (Zn,Si)Al2O4: 1% Mn2+ : 2+ Zn(CH3COO).2H2O, SiO2, Al2O3 : 1% Mn : : 80000 70000 cuong (a.u) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 350 400 450 500 550 600 650 700 750 buoc song (nm) Hình 4: Phổ phát quang (Zn,Si)Al2O4: 1% Mn2+  Nhận xét: Đường cong phát quang (ZnO)1.0.(SiO2)8.0.(Al2O3)1.0:1% Mn2+ có đỉnh cực đại phát quang λmax= 509 nm nằm vùng ánh sáng xanh SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 44 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý Mẫu vật liệu (Zn,Sr)Al2O4: 1% Mn2+ : T1g(G) 2500000 PL:(ZnSr)0.5 Fit Gauss 6A (S) 1g Intensity(a.u) 2000000 1500000 Ex=426nm 1000000 Em=515nm 500000 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 Wavelength(nm) Hình 5: Phổ phát quang (Zn,Sr)Al2O4: 1% Mn2+  Nhận xét: Đường cong phát quang (ZnO)0.5.(SrO)0.5.(Al2O3)1.1:1% Mn2+ có đỉnh cực đại phát quang λmax= 515nm nằm vùng ánh sáng xanh SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 45 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý Mẫu vật liệu SrAl2O4: 1% Eu2+ : SrAl2O4:1% Eu 2+ Eu Hình 6: Phổ phát quang SrAl2O4: 1% Eu2+  Nhận xét: Đường cong phát quang có đỉnh cực đại phát quang λmax=490 nm (màu xanh lam) ứng với tâm phát quang Eu2+ λ = 612nm (màu vàng) ứng với tâm phát quang Eu3+ Nên vật liệu phát quang màu xanh SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 46 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý 2.1.2 Phổ phát quang vật liệu Silicate : Mẫu vật liệu (Mg,Sr)SiO3: 2% Dy3+: 8000 3+ (Mg,Sr)SiO3:Dy Intensity(a.u) 7000 6000 H13/2 F9/2 F9/2 5000 H15/2 4000 F9/2 H11/2 3000 2000 450 500 550 600 650 700 Wavelength(nm) Hình 7: Phổ phát quang (Mg,Sr)SiO3: 2% Dy3+  Nhận xét: Đường cong phát quang cho hai đỉnh bước sóng 470nm 570nm Với λmax= 570nm vật liệu có cường độ phát quang lớn SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 47 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý 2.2 Thảo luận: Qua khảo sát phổ phát quang vật liệu, tác giả đưa số kết luận sau: - Phổ phát quang mẫu vật liệu ZnAl2O4: 1% Mn2+ (MnCl2.4H2O MnCO3)và mẫu vật liệu (Zn,Si)Al2O4: 1% Mn2+ cho cường độ phát quang cực đại bước sóng 509nm; Phổ phát quang vật liệu BaAl2O4: 1% Mn2+ cho cường độ phát quang cực đại bước sóng 517nm; Phổ phát quang vật liệu (Zn,Sr)Al2O4: 1% Mn2+ cho cường độ phát quang cực đại bước sóng 515nm Các đỉnh phổ phát quang vật liệu ứng với dịch chuyển 4T1(G) A1(S ) trường Aluminate - Phổ phát quang mẫu vật liệu SrAl2O4: 1% Eu2+ có cường độ phát quang cực đại bước sóng 490nm ứng với dịch chuyển 4f 65d1 sang 4f Eu2+ Ngoài cịn có số đỉnh nhỏ ứng với dịch chuyển 5D07Fj (J=0,1…6) Đỉnh 612nm đặc trưng Eu3+ ứng với dịch chuyển 5D07F2 - Phổ phát quang (Mg,Sr)SiO3: 2% Dy3+ cho phát quang đỉnh có bước sóng 470 nm, 570nm, 660 nm Trong đỉnh 570 nm có cường độ phát quang lớn SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 48 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN III : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Sau thời gian tìm hiểu lý thuyết tiến hành khảo sát thực nghiệm, tơi hồn thành mục tiêu nghiên cứu đặt cho luận văn Những sở lý thuyết tượng phát quang, vật liệu phát quang chuyển dời quang học đặc trưng số ion đất tìm hiểu hệ thống hóa để tạo tảng lý luận cho đề tài Các kết đo phổ phát quang chứng tỏ chế tạo thành công vật liệu phát quang màu xanh lục phương pháp phản ứng pha rắn Bức xạ có vai trị quan trọng để ứng dụng vật liệu phát quang lĩnh vực chiếu sáng, hiển thị chế tạo Led trắng Ý kiến đề xuất : Do khó khăn trang thiết bị phịng thí nghiệm thời gian nghiên cứu đề tài nên chúng tơi chưa có điều kiện sâu vào việc khảo sát chi tiết mẫu vật liệu Chẳng hạn nghiên cứu chế truyền lượng tâm pha tạp, ảnh hưởng thời gian khử, nồng độ chất khử cạnh tranh cường độ ba xạ màu bản… Từ hướng đến việc tạo vật liệu phát ánh sáng trắng cung cấp cho lĩnh vực ứng dụng SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 49 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý TÀI LIỆU THAM KHẢO II Tài liệu tham khảo tiếng việt: [1] Phan Văn Thích, Hiện tượng huỳnh quang kỹ t huật phân tích huỳnh quang, Đại học tổng hợp Hà Nội Vũ Xuân Quang, 2012 Quang phổ tâm điện tử vật rắn, Trung [2] tâm Khoa Học Tự Nhiên Và Công Nghệ Quốc Gia Nguyễn Văn Đến (2002), Quang phổ nguyên tử ứng dụng, Nhà xuất [3] Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 2+ Đinh Thanh Khẩn (2008), Ảnh hưởng ion Mn lê n phổ phát quang [4] vật liệu CaAl2 O4 , Hội nghị Sinh viên nghiê n cứu khoa học thành phố Đà Nẵng lần thứ [5] Ngơ Thị Mỹ Bình, Hóa Vơ Cơ, Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng II Tài liệu tham khảo tiếng anh: [1] Long persisten phosphor (2006), Journal of luminescene [2] Yukito Tanabe and Satoru Sugano, 1954 On the absorption spectra of complex Ions Journal of the physical society of Japan Vol.9,No.5 [3] G.Blasse, et al Luminescent Materials [4] Shi Ye, Xiao-Ming Wang, and Xi-Ping Jingz, 2008 Energy Transfer among Ce3+, Eu2+, and Mn2+ in CaSiO3 Journal of The Electrochemical Society, 155 -6J143-J147 -2008 [5] Andre Bleise, Holger Winkler and Thomas Jüstel On the Luminescence of Mn4+ and Mn2+, University of Applied Sciences Munster, Stegerwaldstraße 39, D-48565 Steinfurt, SVTH: Nguyễn Thị Minh Thắng Trang 50 ... 29 CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG TRONG CÔNG NGHỆ LED TRẮNG 32 5.1 Công nghệ LED trắng 32 5.1.1 Hoạt động LED 32 5.1.2 Chế tạo LED trắng ... số vật liệu Aluminate Silicate pha tạp ion Eu2+, Dy3+ Mn2+ Mục đích chế tạo vật liệu phát quang tốt màu xanh lục (green) để dùng Led trắng Đó lý tơi chọn đề tài : “Hồn thiện quy trình chế tạo vật. .. phát quang, vật liệu phát quang chuyển dời quang học đặc trưng số ion đất tìm hiểu hệ thống hóa để tạo tảng lý luận cho đề tài Các kết đo phổ phát quang chứng tỏ chế tạo thành công vật liệu phát