Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang cayalo4 pha tạp cr và mn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr Mn LÊ QUỲNH DƯƠNG Duong.LQCB180061@sis.hust.edu.vn Ngành Vật lý kỹ thuật Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Hùng Chữ ký GVHD Viện: Tiên tiến Khoa học Cơng nghệ HÀ NỘI, 05/2020 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Lê Quỳnh Dương Đề tài luận văn: Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr Mn Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số SV: CB180061 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 11/05/2020 với nội dung sau: - Mặc dù kết nghiên cứu phong phú, văn phong tương đối khoa học lỗi tả khơng nhiều, nhiên tồn số lỗi đánh máy Một số câu văn cần viết ngắn gọn, đọng Các hình vẽ lấy từ tài liệu tham khảo phải bổ sung trích dẫn Các phổ huỳnh quang cần bổ sung thơng tin bước sóng kích thích - Giải thích chế tăng cường PL pha tạp Mn4+ mạng CaYAlO4 - Sửa lại số câu văn, tăng nội dung khoa học để luận văn có chất lượng cao - Trong số hình phổ PL bổ sung thêm bước sóng kích thích - Bổ sung phổ XRD thẻ chuẩn, mẫu bột CaYAlO4: Cr3+ nung thiêu kết đến nhiệt độ 1300 °C cường độ huỳnh quang có xu hướng tăng lên nên chưa thể nói nhiệt độ tối ưu Ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr Mn Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Duy Hùng LỜI CẢM ƠN Đầu tiên với kính trọng nhất, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Nguyễn Duy Hùng, người trực tiếp bảo, định hướng khoa học cho suốt trình học tập, nghiên cứu Cảm ơn thầy dành nhiều thời gian, tâm huyết quan tâm, động viên, hỗ trợ mặt để tơi hồn thành luận văn Tôi trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Văn Quang, thầy nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi làm thực nghiệm nghiên cứu thời gian qua Cuối xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô ban giám đốc Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ tạo điều kiện giúp đỡ trang thiết bị suốt trình làm thực nghiệm dạy cho nhiều kiến thức quý giá trình học tập nghiên cứu Viện TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Trong khn khổ luận văn, nghiên cứu, chế tạo thành công vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ, đỏ xa dựa mạng oxit kim loại CaYAlO4 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+ Cr3+ phương pháp đồng kết tủa sol-gel kết hợp với ủ nhiệt So sánh ảnh hưởng phương pháp chế tạo đến đặc tính hình thái, cấu trúc pha vật liệu từ chúng tơi lựa chọn phương pháp sol-gel ưu cuả việc hình thành pha tinh thể mạng Nghiên cứu cách có hệ thống tham số quy trình tổng hợp nhiệt độ nung thiêu kết, nồng độ pha tạp ảnh hưởng đến hình thành pha tinh thể mạng nền, hình thái bề mặt, kích thước tính chất quang vật liệu Các kết thu vật liệu chế tạo có tiềm ứng dụng LED chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp HỌC VIÊN Lê Quỳnh Dương MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Cơ chế phát quang bột huỳnh quang 1.3 Bột huỳnh quang pha tạp Cr3+ 1.3.1 Tính chất quang ion Cr3+ trường tinh thể 1.3.2 Các nghiên cứu bột huỳnh quang pha tạp Cr3+ 1.4 Bột huỳnh quang pha tạp Mn4+ 1.4.1 Tính chất quang ion Mn4+ trường tinh thể 1.4.2 Các nghiên cứu bột huỳnh quang pha tạp Mn4+ 1.5 Mạng CaYAlO4 1.5.1 Cấu trúc tinh thể CaYAlO4 1.5.2 Nghiên cứu bột huỳnh quang dựa mạng CaYAlO4 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHÉP PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU 13 2.1 Giới thiệu……… 13 2.1.1 Phương pháp sol-gel 13 2.1.2 Phương pháp đồng kết tủa 14 2.2 Quy trình chế tạo CaYAlO4 pha tạp ion Mn4+ Cr3+ phương pháp đồng kết tủa…………… 15 2.3 Quy trình chế tạo CaYAlO4 pha tạp ion Mn4+ Cr3+ phương pháp sol-gel…………………… 16 2.4 Các phương pháp phân tích tính chất vật liệu 18 2.4.1 Phân tích cấu trúc phổ nhiễu xạ tia X 18 2.4.2 Phân tích hình thái bề mặt khảo sát thành phần nguyên tố vật liệu thiết bị hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) tích hợp với đầu đo EDX 19 2.4.3 Hệ đo phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang phổ huỳnh quang nhiệt độ thấp 20 2.4.4 Phổ dao động phân tử Raman 21 2.4.5 Phổ thời gian sống 22 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 3.1.Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp tổng hợp đến cấu trúc pha, hình thái mạng CaYAlO4 23 3.1.1 Phân tích cấu trúc tinh thể mạng CaYAlO4 tổng hợp phương pháp đồng kết tủa phương pháp sol-gel 23 3.1.2 Phổ Raman mẫu bột CaYAlO4 chế tạo phương pháp đồng kết tủa phương pháp sol-gel 25 3.1.3 Hình thái bề mặt vật liệu CaYAlO4 tổng hợp phương pháp đồng kết tủa phương pháp sol-gel 26 3.2.Nghiên cứu bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr3+ chế tạo phương pháp sol-gel……………………………………………………………………27 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết đến cấu trúc pha, hình thái, tính chất quang bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr3+ 27 3.2.1.1 Hình thái cấu trúc thành phần nguyên tố vật liệu CaYAlO4 pha tạp Cr3+ 28 3.2.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết lên cường độ quang vật liệu 29 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ đến cấu trúc pha, tính chất quang bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr3+ 30 3.2.2.1 Ảnh hưởng nồng độ Cr3+ đến cấu trúc tinh thể 31 3.2.2.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên tính chất quang vật liệu 31 3.2.3 Cường độ quang vật liệu CaYAlO4 pha tạp Cr3+ nhiệt độ thấp 34 3.2.4 Kết thử nghiệm phủ bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr3+ lên chip LED 35 3.3.Nghiên cứu bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ chế tạo phương pháp sol-gel……… 36 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết đến hình thái bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ 36 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ Mn4+ đến cấu trúc tinh thể mạng CaYAlO4 37 3.3.3 Huỳnh quang ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên cường độ huỳnh quang bột huỳnh quang 38 3.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết nồng độ pha tạp Mn4+ lên cường độ huỳnh quang bột huỳnh quang 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN 43 4.1 Kết luận…………… 43 4.2 Kiến nghị…………………………………………………… 44 CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt S Sol-gel sol-gel R Co-precipitation Đồng kết tủa τ decaytime Thời gian sống huỳnh quang ΔE Transition energy Năng lượng chuyển tiếp λ, λexc, λem Chữ viết tắt Wavelength, Excitation and Bước sóng, bước sóng kích thích emission Wavelength phát xạ Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt NR Ultraviolet-Visible spectroscopy Non Radiation Dịch chuyển không phát xạ CRI Color Rendering Index Chỉ số hồn màu UV Ultra Violet Cực tím White Light Emitting Diode Light Emitting Diode Đi-ốt phát ánh sáng trắng UV-Vis WLED LED EDX FESEM PL CL PLE Energy dispersive x-ray spectroscopy Phổ hấp thụ phân tử Đi-ốt phát ánh sáng Phổ tán sắc lượng tia x Field emission scanning Hiển vi điện tử quét phát xạ electron microscopy trường Photoluminescence spectrum Cathodoluminescence Photoluminescence excitation spectrum Phổ huỳnh quang Phổ huỳnh quang catốt Phổ kích thích huỳnh quang VB Valence band Vùng hóa trị CB Conduction band Vùng dẫn XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ Tanabe-Sugano ion Cr3+ trường tinh thể bát diện [6] Hình 1.2 Sơ đồ Tanabe-Sugano ion Mn4+ trường tinh thể bát diện [21]6 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể CaYAlO4 [40] Hình 1.4 Ảnh hai CYA-50 CYA-10 chiếu đèn UV Vùng có cường độ PL thấp bao quanh dấu ngoặc vuông mẫu CYA-10 Ánh sáng phát từ CYA-50 đồng (b) phổ PLE PL mẫu CYA-50 [46] 10 Hình 1.5 (a) phổ PLE CYA: 0,4% Mn4+ CYA: 0,4% Mn4+, 1% Mg2+; (b) phổ PL CYA: 0,4% Mn4+, yMg2+ bước sóng kích thích 348 nm [40] 10 Hình 1.6 Phổ PLE PL CYA: 0,001Mn4+ [33] 11 Hình 1.7 Phổ phát xạ vật liệu CaYAlO4 đồng pha tạp Cr, Nd với bước sóng kích thích 400 nm [18] 11 Hình 1.8 Phổ UV-Vis cho (A) mẫu R1, R2 R3 mẫu YCaAlO4 12 nung 1200 °C giờ; (B) mẫu R1, R2, R3 áp dụng men [17] 12 Hình 2.1 Quá trình sol-gel số phương pháp xử lý 14 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình chế tạo bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp ion Mn4+, Cr3+ phương pháp đồng kết tủa 15 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu CaYAlO4 pha tạp ion Mn4+, Cr3+ phương pháp sol-gel 17 Hình 2.4 Sơ đồ nhiễu xạ tia X mặt phẳng mạng tinh thể 18 Hình 2.5 Sơ đồ chuyển dời mức lượng điện tử 20 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột CaYAlO4 chế tạo phương pháp đồng kết tủa sol-gel 23 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột CaYAlO4 khảo sát theo nhiệt độ tổng hợp phương pháp đồng kết tủa (a) phương pháp sol-gel (b) 24 Hình 3.3 Phổ Raman mẫu bột CaYAlO4 chế tạo phương pháp đồng kết phương pháp sol-gel 25 Hình 3.4 hình ảnh FESEM mẫu bột CaYAlO4 đo độ phóng đại thấp độ phóng đại cao: (a)-(b) bột chế tạo phương pháp đồng kết tủa (c)-(d) bột chế tạo phương pháp sol-gel 26 Hình 3.5 Ảnh FESEM mẫu vật liệu CaYAlO4: Cr3+ nung thiêu kết nhiệt độ là: (a) 900 °C, (b) 1000 °C, (c) 1100 °C, (d) 1200 °C, (e) 1300 °C, (f) Phổ EDX vật liệu CaYAlO4:0,7%Cr3+ 28 Hình 3.6 Phổ PLE PL mẫu vật liệu CaYAlO4 pha tạp Cr3+ 29 Hình 3.7 Phổ PL mẫu vật liệu CaYAlO4 pha tạp Cr3+ nung thiêu kết nhiệt độ 900 °C, 1000 °C, 1100 °C, 1200 °C, 1300 °C 30 Hình 3.8 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu CaYAO4 pha tạp với nồng độ khác Cr3+ ủ nhiệt 1300 °C 31 Hình 3.9 Phổ PL bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr3+ nồng độ khác nung nhiệt độ 1300 oC 32 Hình 3.10 Các đường cong phân rã CaYAlO4 pha tạp Cr3+ với nồng độ khác nung thiêu kết nhiệt độ 1300 °C 33 Hình 3.11 Tích hợp kết thời sống trung bình CaYAlO4 pha tạp Cr3+ với nồng độ khác thay đổi cường độ quang đỉnh 742 nm theo nồng độ 34 Hình 3.12 Phổ PL CaYAlO4 pha tạp 0,7 mol.% Cr3+ đo nhiệt độ thấp (a) tích phân cường độ huỳnh quang theo nhiệt độ mẫu (b) 35 Hình 3.13 (a) Phổ EL đèn LED gồm bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp 0,7 mol.%, (b) Phổ hấp thụ ánh sáng thực vật 36 Hình 3.14 Ảnh FESEM mẫu vật liệu CaYAlO4: Mn4+ nung thiêu kết nhiệt độ là: (a) 900 °C, (b) 1100 °C, (c) 1200 °C, (d) 1300 °C 36 Hình 3.15 Phổ EDX vật liệu CaYAlO4:0,5 mol.%Mn4+ 37 Hình 3.16 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu CaYAO4 pha tạp với nồng độ khác Mn4+ ủ nhiệt 1300 °C 38 Hình 3.17 (a) Phổ PL (b) phổ PLE vật liệu CaYAlO4: Mn4+và mạng CaYAlO4 39 Hình 3.18 Phổ PL đo nhiệt độ khác (a) sơ đồ mơ tả chế kích thích phát quang bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ (b) 40 Hình 3.19 Phổ PL mẫu vật liệu CaYAlO4 pha tạp Mn4+ nung thiêu kết nhiệt độ khác 41 Hình 3.20 (a) Phổ PL bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ nồng độ khác nung nhiệt độ 1300 oC giờ, (b) tích phân cường độ huỳnh quang theo nhiệt độ mẫu 42 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 liệt kê thông số quang phổ ion Cr3+ loại mạng khác nghiên cứu Bảng 1.2 Sự phân tách mức lượng tương tác spin - quỹ đạo ion Mn4+ phối trí bát diện Bảng 1.3 liệt kê thông số quang phổ ion Mn4+ loại mạng khác nghiên cứu Bảng 2.1 Khoảng cách dhkl mặt hệ tinh thể đơn giản 19 nghiên cứu phát quang mẫu pha tạp Mn ion Mn4+ có thay cho ion cần thay mạng hay không? a) Hình 3.17 (a) Phổ PL (b) phổ PLE vật liệu CaYAlO4: Mn4+và mạng CaYAlO4 Để trả lời cho câu hỏi tiến hành đo phổ PLE hai mẫu đỉnh PL ứng với bước sóng 710 nm Quan sát phổ PLE hai mẫu vùng phổ rộng từ 250 – 600 nm (Hình 3.17(b)) cho thấy phổ PLE có vị trí đỉnh cực đại bước sóng 278 nm, 320 nm 475 nm Tuy nhiên đỉnh cực đại 475 nm mẫu pha tạp cao so với mẫu khơng pha tạp Mn4+ Ngồi ra, mẫu pha tạp Mn4+ xuất thêm đỉnh 360 nm So sánh phổ PLE hai mẫu đỉnh 360 nm 475 nm chuyển dời điện tử ion Mn4+ [33,40] Để khẳng định thêm điều này, mẫu pha tạp tiến hành đo phổ PL nhiệt độ 10 K Hình 3.18(a), quan sát phổ PL 10 K cho thấy hình dạng phổ PL mẫu pha tạp Mn4+ tương tự hầu hết bột huỳnh quang dựa mạng chứa gốc ơxít pha tạp ion Mn4+ [19-36] Điều cho thấy phát quang vùng phổ với cực đại 710 nm mẫu pha tạp có phát quang ion Mn4+ Đối với ion Mn4+ thay vào mạng tính chất quang vật liệu phụ thuộc vào trường tinh thể mạng Sự ảnh hưởng trường tinh thể thể thông qua thông số Racah đặc trưng Dq/B Thông số Dq xác định theo đơn vị lượng: Dq = E(4A2g → 4T2g) / 10 Trong E(4A2g → 4T2g) lượng chuyển dời kích thích 4A2g → 4T2g Giá trị thơng số Racah B đánh giá từ biểu thức: Dq/B = 15 (𝑥𝑥−8) 𝑥𝑥 −10𝑥𝑥 39 a) b) Hình 3.18 Phổ PL đo nhiệt độ khác (a) sơ đồ mơ tả chế kích thích phát quang bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ (b) Trong trường hợp ta thấy phổ PLE mẫu bột huỳnh quang CaYAlO4:Mn4+, bước sóng 360 nm ta có E(4A2g → 4T1g) 28000 cm-1, bước sóng 475 có E(4A2g → 4T2g) 21053 cm-1 từ ta dựa vào cơng thức, tính giá trị Dq = 2105 cm-1 Dq/B ≈ 3.18 Vậy ion Mn4+ mạng CaYAlO4 chịu tác dụng trường tinh thể mạnh Tuy nhiên dạng phổ PL mẫu pha tạp Mn4+ mạng CaYAlO4 thu đo nhiệt độ phòng lại dải phổ rộng, điều chứng tỏ mức phát quang tâm phát quang mạng trùng gần với mức lượng chuyển dời điện tử ion Mn4+ nên nhiệt độ phịng có truyền lượng chúng với gây nên chồng chập phổ huỳnh quang Sự phát quang mạng mạnh nên bao trùm phổ phát quang Mn Hình 3.18(b) mơ tả chế kích thích phát quang bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ 3.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết nồng độ pha tạp Mn4+ lên cường độ huỳnh quang bột huỳnh quang Hình 3.19 thể ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết đến cường độ quang bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ Ta thấy khơng có thay đổi hình dạng phổ PL mẫu bột huỳnh quang ủ nhiệt độ khác từ 900 °C đến 1300 °C Tuy nhiên, tăng nhiệt độ nung thiêu kết cường độ huỳnh quang tăng giảm nhiệt độ nung vượt 1200 °C sai số trình chế tạo, đo đạc, hình thành tâm khơng phát quang mạng Để kết luận kết tiến hành kiểm tra lại trình chế tạo mẫu tiếp tục đo đạc, khảo sát pha 40 tinh thể thông qua phép đo XRD, thời gian suy giảm huỳnh quang thời gian tới Hình 3.19 Phổ PL mẫu vật liệu CaYAlO4 pha tạp Mn4+ nung thiêu kết nhiệt độ khác Để thu bột huỳnh quang có cường độ huỳnh quang tốt nhất, mẫu tiến hành pha tạp với nồng độ ion Mn4+ khác Hình 3.20 phổ PL mẫu pha tạp ion Mn4+ từ tới mol.% cho thấy phổ PL mẫu bột huỳnh quang có hình dạng hoàn toàn giống thay đổi cường độ quang Từ phổ huỳnh quang mẫu cho thấy nồng độ pha tạp Mn4+ từ – 0,1 mol.% cường độ PL tăng số lượng tâm phát quang tăng, nồng độ pha tạp Mn4+ vượt 0,1 mol.% cường độ PL giảm Phổ nhiễu xạ tia X cho thấy khơng có giảm dịch chuyển đỉnh nhiễu xạ thay đổi nồng độ pha tạp ion Cr3+ khác Do đó, việc giảm cường độ huỳnh quang trình dập tắt huỳnh quang theo nồng độ Để giải thích chế tượng dập tắt huỳnh quang theo nồng độ pha tạp Mn4+ vào mạng CaYAlO4, chúng tơi tiến hành tính tốn khoảng cách truyền lượng tới hạn (Rc) ion Mn4+ theo phương trình: 3𝑉𝑉 1/3 𝑅𝑅𝐶𝐶 ≈ 2𝑅𝑅 ≈ � � 4𝜋𝜋𝑋𝑋𝐶𝐶 𝑁𝑁 Trong trường hợp này, N = 2, 𝑋𝑋𝐶𝐶 = 0,001 V = 157,77 Å3 , đó, giá trị Rc tính 53,21 Å Khoảng cách tới hạn tính tốn lớn Å, điều cho thấy chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ tương tác lưỡng cực điện ion Mn4+ mạng CaYAlO4 41 Hình 3.20 (a) Phổ PL bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ nồng độ khác nung nhiệt độ 1300 oC giờ, (b) tích phân cường độ huỳnh quang theo nhiệt độ mẫu Với nồng độ pha tạp Mn4+ 0,1 mol% tiến hành đo phổ PL theo nhiệt độ mẫu nhằm đánh giá suy giảm cường độ PL theo nhiệt độ để đưa nhận định khả ứng dụng bột huỳnh quang chế tạo LED chiếu sáng chun dụng nơng nghiệp Từ Hình 3.20(b) quan sát thấy giá trị cường độ huỳnh quang tích phân mẫu nhiệt độ phòng khoảng 83 % so với 10K Kết cho thấy suy giảm cường độ PL theo nhiệt độ ít, điều chứng tỏ vật liệu chế tạo có sai hỏng, kết tinh vật tốt có tiềm ứng dụng cao 42 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Trong khuôn khổ luận văn, nghiên cứu tổng hợp mạng CaYAlO4 hai phương pháp đồng kết tủa sol-gel kết hợp với ủ nhiệt Từ kết khảo sát cho thấy vật liệu chế tạo phương pháp sol-gel cho kết đơn pha mức độ kết tinh tốt so với phương pháp đồng kết tủa Với kết nhận lựa chọn phương pháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt để tiến hành tổng hợp vật liệu dựa mạng CaYAlO4 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Cr Mn Dựa phương pháp sol-gel, vật liệu nghiên cứu cách có hệ thống tham số quy trình tổng hợp nhiệt độ nung thiêu kết, nồng độ pha tạp ảnh hưởng đến hình thành pha tinh thể mạng nền, hình thái bề mặt, kích thước tính chất quang vật liệu Các kết thu vật liệu chế tạo có tiềm ứng dụng chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp Cụ thể sau: Đối với mạng CaYAlO4 pha tạp Cr3+ - Bột huỳnh quang CaYAlO4: Cr3+ chế tạo thành công phương pháp solgel, kết tinh tốt 1300 °C, kích thước hạt ~ µm, nồng độ pha tạp ion Cr3+ tối ưu 0,7 mol.% - CaYAlO4: Cr3+ phát xạ mạnh vùng tử ngoại gần, cho cường độ PL cao ứng với đỉnh phổ hẹp 742 nm Cường độ tích phân PL đạt khoảng 58% 300 K so với lúc 10 K - Phổ PLE CaYAlO4: Cr3+ cho thấy có hai dải hấp thụ rộng vùng tử ngoại bước sóng 367 nm vùng nhìn thấy bước sóng 580 nm, phù hợp với bước sóng làm việc đèn LED UV - Kết thử nghiệm chip LED cho thấy CaYAlO4: Cr3+ có tiềm ứng dụng chế tạo LED chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp Đối với mạng CaYAlO4 pha tạp Mn4+ - Đã tổng hợp thành công bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ phương pháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt cho phát quang dải phổ rộng vùng ánh sáng đỏ xa với đỉnh bước sóng 710 nm với đỉnh hấp thụ mạnh vùng tử ngoại 320 360 xanh dương với đỉnh cực đại 475 nm, đỉnh 320 nm xác định hấp thụ mạng - Đã so sánh hình dạng phổ PL mẫu pha tạp không pha tạp Mn4+ chứng minh nguồn gốc phát quang ion Mn4+ mạng CaYAlO4 Kết chưa công bố nghiên cứu bột huỳnh quang dựa mạng ôxít CaYAlO4 pha tạp Mn4+ trước - Bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ tối ưu cho cường độ PL với nồng độ 0,1 mol.% nhiệt độ chế tạo 1200 °C – 1300 oC/5h 43 - Tại nhiệt độ phịng, tích phân cường độ PL đạt khoảng 83 % so với nhiệt độ 10 K cho thấy bột huỳnh quang có tiềm ứng dụng chế tạo LED chiếu sáng nông nghiệp 4.2 Kiến nghị Một số kết nghiên cứu hệ vật liệu bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ Cr3+ có nhiều kết mới, nhiên, kết nghiên cứu cần phải chứng minh làm sáng tỏ Do chúng tơi kiến nghị tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện vấn đề sau : - Nghiên cứu tính tốn lý thuyết, so sánh với thực nghiệm thành phần pha tạp thay vào mạng - Nghiên cứu làm sáng tỏ nguồn gốc phát quang bột huỳnh CaYAlO4 pha tạp Mn4+ - Nghiên cứu thử nghiệm bột huỳnh quang chế tạo LED chiếu sáng nông nghiệp cách hệ thống đầy đủ 44 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ L.Q Duong, D.H.Nguyen (2019), “Far-red-emitting CaYAlO4:Cr3+ phosphor for indoor plant growth ligh emitting diodes”, The 4th International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology – ICAMN2019, pp 206 – 209, ISBN 978-604-95-0978-0 L.Q Duong, N.V.Quang, D.H.Nguyen (2020), “Far-red emission of CaYAlO4:Mn4+ synthesized by co-precipitation method”, Vietnam Journal of Science and Technology, 58 (2), pp 168-175 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Liang, J., Sun, L., Devakumar, B., Wang, S., Sun, Q., Guo, H., … Huang, X., (2018), “Far-red-emitting double-perovskite CaLaMgSbO6:Mn4+ phosphors with high photoluminescence efficiency and thermal stability for indoor plant cultivation LEDs”, RSC Advances, 8(55), pp 31666–31672 [2] Höppe, H A., Lutz, H., Morys, P., Schnick, W., Seilmeier, A., (2000), “Luminescence in Eu2+-doped Ba2Si5N8: fluorescence, thermoluminescence, and upconversion”, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 61(12), pp 2001–2006 [3] Piao, X., Horikawa, T., Hanzawa, H., Machida, K., (2006), “Characterization and luminescence properties of Sr2Si5N8:Eu2+ phosphor for white light-emitting-diode illumination”, Applied Physics Letters, 88(16), pp 161908 [4] Xiao-Dan, W., Li-Yan, C., Fa-Chun, L., Xiao-Long, C., Xue-Yuan, C., Quan-Lin, L., (2009), “Structure and luminescence of Ca2Si5N8:Eu2+ phosphor for warm white light-emitting diodes”, Chinese Physics B, 18(8), pp 3555–3562 [5] Daqin Chen, Yang Zhou, and Jiasong Zhong, (2016), "A review on Mn4+ activators in solids for warm white light-emitting diodes", RSC Advances, 6(89), pp 86285-86296 [6] Basavaraju, N., Sharma, S., Bessière, A., Viana, B., Gourier, D., Priolkar, K R., (2013), “Red persistent luminescence in MgGa2O4 : Cr3+; a new phosphor for in vivo imaging”, Journal of Physics D: Applied Physics, 46(37), 375401 [7] Blasse, G., (1978), “Quenching of luminescence by electron transfer”, Chemical Physics Letters, 56(3), pp 409–410 [8] Shuji Nakamura, Masayuki Senoh, Naruhito Iwasa, Shin-ichi Nagahama, Takao Yamada, and Takashi Mukai, (1995), "Superbright green InGaN single-quantum-well-structure light-emitting diodes", Japanese Journal of Applied Physics, 34(10B), pp L1332 [9] Adachi, S., (2020), “Review-Mn4+ vs Cr3+: A Comparative Study as Activator Ions in Red and Deep Red-Emitting Phosphors”, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 9(2), 026003 [10] Dolan, J F., Kappers, L A., Bartram, R H., (1986), “Pressure and temperature dependence of chromium photoluminescence in 3+ K2NaGaF6:Cr ”, Physical Review B, 33(10), pp 7339–7341 [11] Yu, D., Zhou, Y., Ma, C., Melman, J H., Baroudi, K M., LaCapra, M., Riman, R E., (2019), “Non-Rare-Earth Na3AlF6:Cr3+ Phosphors for FarRed Light Emitting Diodes”, ACS Applied Electronic Materials [12] Sun, F., Xie, R., Guan, L., Zhang, C., (2016), “Cr3+ doped Ca14Zn6Ga10O35: A near-infrared long persistent luminescence phosphor”, Journal of Luminescence, 180, pp 251–257 46 [13] Zhang, S., Hu, Y., Chen, L., Fu, Y., Ju, G., (2016), “La3GaGe5O16:Cr3+ phosphor: the near-infrared persistent luminescence”, Optical Materials Express, 6(4), pp 1247 [14] Katayama, Y., Kobayashi, H., Tanabe, S., (2014), “Deep-red persistent luminescence in Cr3+- doped LaAlO3 perovskite phosphor for in vivo imaging”, Applied Physics Express, 8(1), 012102 [15] Xu, T., Yuan, L., Chen, Y., Zhao, Y., Ding, L., Liu, J., … Liang, X., (2019), “Y3Al5O12:Ce3+ single crystal and red-emitting Y3Al5O12:Cr3+ single crystal for high power W-LEDs”, Optical Materials, 91, pp 30–34 [16] Han, Y., Shi, L., Liu, H., Zhang, Z., (2018), “A novel far red-emitting phosphor SrMgAl10O17: Cr3+ for warm w-LEDs”, Optik [17] Lyubenova, T S., Carda, J B., Ocaña, M., (2009), “Synthesis by pyrolysis of aerosols and ceramic application of Cr-doped CaYAlO4 red–orange pigments”, Journal of the European Ceramic Society, 29(11), pp 2193– 2198 [18] Ueda, A., Higuchi, M., Yamada, D., Namiki, S., Ogawa, T., Wada, S., Tadanaga, K., (2014), “Float zone growth and spectral properties of Cr, Nd:CaYAlO4 single crystals”, Journal of Crystal Growth, 404, pp 152– 156 [19] Brik, M G., Camardello, S J., Srivastava, A M., (2014), “Influence of Covalency on the Mn4+: 2Eg→4A2g Emission Energy in Crystals”, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 4(3), pp R39–R43 [20] Satoru Sugano, Yukito Tanabe, Hiroshi Kamimura, (1970), “Multiplets of transition-metal ions in crystals”, Academic press, New York [21] Zhou, Q., Dolgov, L., Srivastava, A M., Zhou, L., Wang, Z., Shi, J., … Wu, M., (2018), “Mn2+ and Mn4+ red phosphors: synthesis, luminescence and applications in WLEDs A review”, Journal of Materials Chemistry C, 6(11), pp 2652–2671 [22] Chen, D., Zhou, Y., & Zhong, J., (2016), “A review on Mn4+ activators in solids for warm white light-emitting diodes”, RSC Advances, 6(89), pp 86285–86296 [23] Hasegawa, T., Kim, S W., Abe, T., Kumagai, S., Yamanashi, R., Seki, K., … Sato, M., (2016), “Improvement of Emission Intensity for Near-infraredemitting Ca14Zn6Al10O35:Mn4+ Phosphor by Oxygen-pressure Method”, Chemistry Letters, 45(9), pp 1096–1098 [24] Öztürk, E., Ozpozan Kalaycioglu, N., (2015), “MgAl2Si2O8:Mn4+ Systems Doped with Co-Activator for Optoelectronic Applications”, Solid State Phenomena, 230, pp 217–220 [25] Park, J Y., Joo, J S., Yang, H K., Kwak, M., (2017), “Deep red-emitting Ca14Al10Zn6O35: Mn4+ phosphors for WLED applications”, Journal of Alloys and Compounds, 714, pp 390–396 [26] Wang, L., Yuan, L., Xu, Y., Zhou, R., Qu, B., Ding, N., … Shi, J., (2014), “Luminescent properties of La2LiTaO6:Mn4+ and its application as red emission LEDs phosphor”, Applied Physics A, 117(4), pp 1777–1783 47 [27] Chen, H., Lin, H., Huang, Q., Huang, F., Xu, J., Wang, B., … Wang, Y., (2016), “A novel double-perovskite Gd2ZnTiO6:Mn4+ red phosphor for UVbased w-LEDs: structure and luminescence properties”, Journal of Materials Chemistry C, 4(12), pp 2374–2381 [28] Chen, D., Zhou, Y., Xu, W., Zhong, J., Ji, Z., Xiang, W., (2016), “Enhanced luminescence of Mn4+:Y3Al5O12 red phosphor via impurity doping”, Journal of Materials Chemistry C, 4(8), pp 1704–1712 [29] Aoyama, M., Amano, Y., Inoue, K., Honda, S., Hashimoto, S., Iwamoto, Y., (2013), “Synthesis and characterization of Mn-activated lithium aluminate red phosphors”, Journal of Luminescence, 136, pp 411–414 [30] Sasaki, T., Fukushima, J., Hayashi, Y., Takizawa, H., (2014), “Synthesis and Photoluminescence Properties of Mn4+-doped BaMg6Ti6O19 Phosphor”, Chemistry Letters, 43(7), pp 1061–1063 [31] Medić, M M., Brik, M G., Dražić, G., Antić, Ž M., Lojpur, V M., Dramićanin, M D., (2014), “Deep-Red Emitting Mn4+ Doped Mg2TiO4 Nanoparticles”, The Journal of Physical Chemistry C, 119(1), pp 724–730 [32] Park, J., Kim, G., Kim, Y J., (2013), “Luminescent properties of CaAl4O7 powders doped with Mn4+ ions”, Ceramics International, 39, pp S623– S626 [33] Chen, Y., Wang, M., Wang, J., Wu, M., Wang, C., (2014), “A high color purity red emitting phosphor CaYAlO4:Mn4+ for LEDs”, Journal of Solid State Lighting, 1(1) [34] Gao, X., Song, Y., Liu, G., Dong, X., Wang, J., Yu, W., (2016), “Narrowband red emitting phosphor BaTiF6:Mn4+: preparation, characterization and application for warm white LED devices”, Dalton Transactions, 45(44), pp 17886–17895 [35] Hoshino, R., Sakurai, S., Nakamura, T., Adachi, S., (2017), “Unique properties of ZnTiF6.6H2O: Mn4+ red-emitting hexahydrate phosphor”, Journal of Luminescence, 184, pp 160–168 [36] Sijbom, H F., Verstraete, R., Joos, J J., Poelman, D., Smet, P F., (2017), “K2SiF6:Mn4+ as a red phosphor for displays and warm-white LEDs: a review of properties and perspectives”, Optical Materials Express, 7(9), pp 3332 [37] Lv, S., Zhu, Z., Wang, Y., You, Z., Li, J., Tu, C., (2013), “Spectroscopic investigations of Ho3+/Er3+: CaYAlO4 and Eu3+/Er3+: CaYAlO4 crystals for 2.7 μm emission”, Journal of Luminescence, 144, pp 117–121 [38] Shannon, R.D., (1976), “Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides”, Acta Crystallogr, A32, pp 751–767 [39] Pan, Z., Dai, X., Lei, Y., Cai, H., Serres, J M., Aguiló, M., … Mateos, X., (2018), “Crystal growth and properties of the disordered crystal Yb:SrLaAlO4: a promising candidate for high-power ultrashort pulse lasers”, CrystEngComm, 20(24), pp 3388–3395 48 [40] Sun, Q., Wang, S., Devakumar, B., Sun, L., Liang, J., Huang, X., Wu, Y., (2019), “CaYAlO4:Mn4+,Mg2+: An efficient far-red-emitting phosphor for indoor plant growth LEDs”, Journal of Alloys and Compounds [41] Lin, C C., Liu, R.-S., (2011), “Advances in Phosphors for Light-emitting Diodes”, The Journal of Physical Chemistry Letters, 2(11), pp 1268–1277 [42] Zhou, D., Xu, X., Chen, X., Zhu, H., Li, D., Di, J., … Xu, J., (2012), “Crystal growth and spectroscopic properties of Er3+-doped CaYAlO4”, Physica Status Solidi (a), 209(4), pp 730–735 [43] Zhang, Y., Li, X., Li, K., Lian, H., Shang, M., Lin, J., (2015), “Crystal-Site Engineering Control for the Reduction of Eu3+ to Eu2+ in CaYAlO4: Structure Refinement and Tunable Emission Properties”, ACS Applied Materials & Interfaces, 7(4), pp 2715–2725 [44] Chen, H., Loiseau, P., Aka, G., (2018), “Optical properties of Dy3+-doped CaYAlO4 crystal”, Journal of Luminescence, 199, pp 509–515 [45] Di, J., Xu, X., Xia, C., Li, D., Zhou, D., Sai, Q., … Xu, J., (2013), “Growth, luminescence and energy transfer studies of Pr3+, Yb3+ co-doped CaYAlO4 single crystal”, Physica B: Condensed Matter, 408, pp 1–5 [46] Rey-García, F., Rodrigues, J., Monteiro, T., Costa, F M., (2019), “Intense red emission on dilute Mn-doped CaYAlO4-based ceramics obtained by laser floating zone”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics [47] Danks, A E., Hall, S R., Schnepp, Z., (2016), “The evolution of “sol–gel” chemistry as a technique for materials synthesis”, Materials Horizons, 3(2), pp 91–112 [48] Zhong, J., Zhou, S., Chen, D., Li, J., Zhu, Y., Li, X., … Ji, Z., (2018), “Enhanced luminescence of a Ba2GdSbO6:Mn4+ red phosphor via cation doping for warm white light-emitting diodes”, Dalton Transactions, 47(25), pp 8248–8256 [49] Hadjiev, V G., Cardona, M., Ivanov, I., Popov, V., Gyulmezov, M., Iliev, M N., Berkowski, M., (1997), “Optical phonons probe of the SrLaAlO4 crystal structure”, Journal of Alloys and Compounds, 251(1-2), pp 7–10 [50] Yongguang Zhao, Yicheng Wang, … Valentin Petrov, (2018), “87  fs mode-locked Tm, Ho:CaYAlO4 laser at ∼2043  nm”, Opt Lett, 43(4), pp 915-918 [51] Kaminskii, A A., Xu, X., Lux, O., Rhee, H., Eichler, H J., Zhang, J., … Xu, J., (2012), “High-order stimulated Raman scattering in tetragonal CaYAlO4 crystal-host for Ln3+-lasant ions”, Laser Physics Letters, 9(4), pp 306–311 [52] Zhou, Y., Lu, X., Xiang, H., Feng, Z., (2015), “Preparation, mechanical, and thermal properties of a promising thermal barrier material: Y4Al2O9”, Journal of Advanced Ceramics, 4(2), pp 94–102 [53] Mills, S J., Kartashov, P M., Ma, C., Rossman, G R., Novgorodova, M I., Kampf, A R., Raudsepp, M., (2011), “Yttriaite-(Y): The natural occurrence 49 of Y2O3 from the Bol’shaya Pol’ya River, Subpolar Urals, Russia”, American Mineralogist, 96(7), pp 1166–1170 [54] Ueda, J., Back, M., Brik, M G., Zhuang, Y., Grinberg, M., Tanabe, S., (2018), “Ratiometric optical thermometry using deep red luminescence from 4T2 and 2E states of Cr3+ in ZnGa2O4 host”, Optical Materials, 85, pp 510–516 50 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr Mn Tác giả luận văn: LÊ QUỲNH DƯƠNG Khóa: 2018B Người hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Hùng Từ khóa (Keyword): CaYAlO4:Mn4+, CaYAlO4:Cr3+, far-red emitting phosphor, plant growth, LED Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Trong thời này, cách mạng chiếu sáng lần thứ diễn với nguồn chiếu sáng sử dụng điốt phát quang (LED) Sự đời đèn sử dụng nguồn sáng LED (đèn LED) có nhiều ưu điểm đèn truyền thống sợi đốt, đèn huỳnh quang hiệu suất chuyển đổi điện thành ánh sáng cao, tuổi thọ dài, thân thiện với môi trường, dễ dàng điều khiển phổ công suất chiếu sáng… Đặc biệt với ưu điểm vượt trội so với đèn truyền thống hiệu suất cao, dễ dàng điều khiển phổ công suất chiếu sáng, đèn LED lựa chọn tốt cho chiếu sáng trồng Ngoài ra, theo nghiên cứu gần cho thấy sử dụng đèn LED nơng nghiệp cịn giúp giảm nồng độ nitrat sản phẩm nông sản xuống khoảng 50 %, đồng thời tăng giảm giá trị dinh dưỡng, tạo sản phẩm sạch, trái vụ, có giá trị dinh dưỡng cao Nhưng khó khăn giá đèn LED chuyên dụng sử dụng chiếu sáng nơng nghiệp cịn cao Để chế tạo loại đèn LED phương pháp phun phủ bột phốt đỏ lên bề mặt chip LED phát ánh sáng xanh lam, phương pháp tạo đèn LED phát ánh sáng xanh đỏ đồng đều, giá thành sản xuất rẻ Tuy nhiên bột huỳnh quang phát quang ánh sáng đỏ sử dụng đèn LED chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp thường bột huỳnh quang sử dụng LED phát quang ánh sáng trắng để chiếu sáng dân dụng có bước sóng cực đại nhỏ 630 nm Do bột huỳnh quang có phổ huỳnh quang cực đại nhỏ 630 nm nên chưa đáp ứng hoàn toàn vùng hấp thụ ánh sáng vùng đỏ trồng nêu Ngoài bột huỳnh quang chế tạo dựa gốc nitơ rát kim loại đất Eu2+ phương pháp phản ứng pha rắn nên có giá thành đắt Vì cần nghiên cứu chế tạo loại bột huỳnh quang phát quang vùng ánh sáng đỏ phù hợp với phổ hấp thụ trồng hơn, giá thành thấp nhằm tăng cường hiệu chiếu sáng, nâng cao suất giảm giá thành nông sản Các nghiên cứu gần bột huỳnh quang cho thấy hai ion kim loại chuyển tiếp Mn4+ Cr3+ pha tạp vào mạng chứa gốc ơxít cho phát quang vùng đỏ tới đỏ xa với bước sóng từ > 600 đến > 730 nm phù hợp tốt với vùng phổ hấp thụ ánh sáng đỏ trồng Vùng phát quang ion kim loại chuyển tiếp phụ thuộc vào trường tinh thể mạng Do nghiên cứu pha tạp ion vào mạng khác mang lại nhiều lựa chọn vùng ánh sáng đỏ, phù hợp cho giai đoạn phát triển loại khác Vật liệu CaYAlO4 hợp kim tổng hợp từ gốc ơxít có giá thành rẻ nghiên cứu ứng dụng chế tạo laser điốt có độ bền nhiệt, bền học cao, dẫn nhiệt, quang tốt Vật liệu nghiên cứu, chế tạo mạng bột huỳnh quang pha tạp ion đất (Eu2+, Eu3+, Dy3+,…) Tuy nhiên nghiên cứu, tổng hợp bột huỳnh quang dựa mạng CaYAlO4 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+, Cr3+ ứng dụng chế tạo LED chiếu sáng nông nghiệp chưa nghiên cứu đầy đủ hệ thống Vì khn khổ nghiên cứu luận văn, lựa chọn đề tài nghiên cứu là: “Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr Mn” b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu  Mục đính nghiên cứu Xây dựng quy trình tổng hợp thành công mạng CaYAlO4 phương pháp sol-gel phương pháp đồng kết tủa kết hợp với ủ nhiệt đưa thông số tối ưu Trên sở hai phương pháp lựa chọn phương pháp tối ưu để tiến hành pha tạp hai ion Mn4+ Cr3+ - Tổng hợp thành công bột huỳnh quang CaYAlO4:Mn4+ CaYAlO4:Cr3+ phát quang vùng ánh sáng đỏ - Thử nghiệm bột huỳnh quang chế tạo LED chuyên dụng chiếu sáng nông nghiệp  Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu toàn luận văn hệ vật liệu CaYAlO4; vật liệu CaYAlO4 pha tạp ion Mn4+ Cr3+ - Phạm vi nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng phương pháp, điều kiện chế tạo đến pha tinh thể, hình thái bề mặt tính chất quang vật liệu c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả - Luận văn nghiên cứu tổng hợp mạng CaYAlO4 hai phương pháp sol-gel đồng kết tủa kết hợp với ủ nhiệt Kết nghiên cứu mạng chế tạo phương pháp sol-gel cho vật liệu đơn pha - Bột huỳnh quang CaYAlO4: Cr3+ lần đầu tổng hợp phương pháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt cho phát xạ đỏ xa với cực đại 742 nm, hấp thụ vùng bước sóng 367 nm 580 nm Vật liệu cho cường độ tích hợp huỳnh quang nhiệt độ phòng đạt 58 % so với 10 K Đã thử nghiệm chế tạo đèn LED cách phủ bột huỳnh quang thu lên chíp LED UV - Bột huỳnh quang CaYAlO4:Mn4+ chế tạo thành công phương pháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt cho phát xạ đỏ xa với cực đại 710 nm, hấp thụ vùng bước sóng 320 nm, 360 nm 475 nm, đỉnh 320 nm xác định hấp thụ mạng Đã so sánh hình dạng phổ PL mẫu pha tạp không pha tạp Mn4+ chứng minh nguồn gốc phát quang ion Mn4+ mạng CaYAlO4 Kết chưa công bố nghiên cứu bột huỳnh quang dựa mạng ôxít CaYAlO4 pha tạp Mn4+ trước d) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài luận văn phương - pháp thực nghiệm Trong vật liệu chế tạo phương pháp sol-gel đồng kết tủa kết hợp với ủ nhiệt Pha tinh thể vật liệu phân tích phép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) phổ Raman, hình thái bề mặt chụp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM), khảo sát thành phần nguyên tố vật liệu phổ tán sắc lượng tia X (EDX), tính chất quang vật liệu khảo sát phương pháp đo phổ kích thích huỳnh quang (PLE), phổ phát quang (PL), thời gian phân rã (decay time) LED thử nghiệm khảo sát hệ đo thông số LED Tester e) Kết luận Chế tạo thành công mạng CaYAlO4 hai phương pháp đồng kết tủa sol-gel thấy chất lượng pha tinh thể chế tạo phương pháp sol-gel tốt Từ lựa chọn phương pháp sol-gel để thực thí nghiệm pha tạp hai ion Mn4+ Cr3+ vào mạng CaYAlO4 tiếp tục khảo sát tính chất vật liệu sau chế tạo  Đối với mạng CaYAlO4 pha tạp Cr3+ - Bột huỳnh quang CaYAlO4: Cr3+ chế tạo thành công phương pháp solgel, kết tinh tốt 1300 °C, kích thước hạt ~ µm, nồng độ pha tạp ion Cr3+ tối ưu 0,7 mol.% - CaYAlO4: Cr3+ phát xạ mạnh vùng tử ngoại gần, cho cường độ PL cao ứng với đỉnh phổ hẹp 742 nm Cường độ tích phân PL đạt khoảng 58% 300 K so với lúc 10 K - Phổ PLE CaYAlO4: Cr3+ cho thấy có hai dải hấp thụ rộng vùng tử ngoại bước sóng 367 nm vùng nhìn thấy bước sóng 580 nm, phù hợp với bước sóng làm việc đèn LED UV - Kết thử nghiệm chip LED cho thấy CaYAlO4: Cr3+ có tiềm ứng dụng chế tạo LED chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp  Đối với mạng CaYAlO4 pha tạp Mn4+ - Đã tổng hợp thành công bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ phương pháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt cho phát quang dải phổ rộng vùng ánh sáng đỏ xa với đỉnh bước sóng 710 nm với đỉnh hấp thụ mạnh vùng tử ngoại 320 360 xanh dương với đỉnh cực đại 475 nm, đỉnh 320 nm xác định hấp thụ mạng - Đã so sánh hình dạng phổ PL mẫu pha tạp không pha tạp Mn4+ chứng minh nguồn gốc phát quang ion Mn4+ mạng CaYAlO4 Kết chưa công bố nghiên cứu bột huỳnh quang dựa mạng ơxít CaYAlO4 pha tạp Mn4+ trước - Bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Mn4+ tối ưu cho cường độ PL với nồng độ 0,1 mol.% nhiệt độ chế tạo 1200 °C – 1300 oC/5h - Tại nhiệt độ phịng, tích phân cường độ PL đạt khoảng 83 % so với nhiệt độ 10 K cho thấy bột huỳnh quang có tiềm ứng dụng chế tạo LED chiếu sáng nông nghiệp ... phát quang bột huỳnh quang 1.3 Bột huỳnh quang pha tạp Cr3 + 1.3.1 Tính chất quang ion Cr3 + trường tinh thể 1.3.2 Các nghiên cứu bột huỳnh quang pha tạp Cr3 + 1.4 Bột huỳnh. .. độ quang vật liệu CaYAlO4 pha tạp Cr3 + nhiệt độ thấp 34 3.2.4 Kết thử nghiệm phủ bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr3 + lên chip LED 35 3.3 .Nghiên cứu bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp. .. nghiệp chưa nghiên cứu đầy đủ hệ thống Vì khuôn khổ nghiên cứu luận văn, lựa chọn đề tài nghiên cứu là: ? ?Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang CaYAlO4 pha tạp Cr Mn? ?? Mục tiêu nghiên cứu luận văn