Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu znal2o4 đồng pha tạp cr và mn bằng phương pháp sol gel

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ N n u ế tạo khảo sát tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr Mn bằn p ƣơn p áp sol–gel PHAN THỊ PHƢƠNG PHUONG.PTCB180064@sis.hust.edu.vn Ngành Vật lý kỹ thuật Giản v n ƣớng dẫn: TS Nguyễn Việt Hưng TS Đỗ Quang Trung Viện: Tiên tiến Khoa học Công nghệ Đại học Phenikaa HÀ NỘI, 6/2020 CỘNG HÒA 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 : P an T ị P ƣơn Đề tài luận văn: N n u ế tạo khảo sát tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr Mn bằn p ƣơn p áp sol–gel Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số SV: CB180064 … 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: …………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………… ……………………………… …………………………………………………… ……………………………………………… …………………………………… ……………………………………………………………… …………………… ……………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Ngày 04 tháng 06 năm 2020 G áo v n ƣớng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ii ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên c u chế tạo khảo sát tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr Mn phương pháp sol–gel Giản v n ƣớng dẫn: TS Nguyễn Việt Hưng TS Đỗ Quang Trung iii LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến TS Đỗ Quang Trung TS Nguyễn Việt Hưng, người thầy tận tình dạy, giúp đỡ em vật chất lẫn tinh thần để em hoàn thành tốt luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ sở vật chất, giúp em đo đạc khảo sát tính chất vật liệu Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ, anh chị em, bạn bè khích lệ, động viên giúp em khắc phục khó khăn trình học tập, nghiên c u hồn thành luận văn Nghiên c u tài trợ Quỹ Phát triển khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.03 – 2017.39 Xin trân trọng cảm ơn ! TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Canh tác nhà thu hút nhiều ý từ nhà khoa học, nhà nơng nghiệp ngồi nước giá trị ưu việt mà mang lại Tuy nhiên, muốn cho thực vật tổng hợp chất dinh dưỡng phát triển tốt thực vật cần phải có q trình quang hợp Từ đó, đặt nhu cầu phải chế tạo led chuyên dụng cho nông nghiệp Trong luận văn này, thử nghiệm vật liệu huỳnh quang chế tạo chip led NUV, với mong muốn ánh sáng phát có bước sóng nằm vùng ánh sáng xanh đỏ – đỏ xa để phù hợp với phổ hấp thụ Vật liệu huỳnh quang bao gồm hai phần mạng tâm phát quang Tôi chọn mạng ZnAl2O4 mạng có nhiều ưu điểm phù hợp để chế tạo vật liệu huỳnh quang Tâm phát quang chọn đồng pha tạp (Cr3+, Mn4+), ion kim loại chuyển tiếp nên muối chúng có giá thành rẻ độc hại Bên cạnh đó, tâm phát quang cho ánh sáng đỏ – đỏ xa mạng mà pha tạp vào Trong phạm vi nghiên c u mình, tơi xác định vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết 1400 ℃, giờ, không khí cho chất lượng tinh thể tốt, kích thước từ 100 – vài trăm nm đặc biệt có cường độ huỳnh quang cao gấp nhiều lần trường hợp đơn pha tạp, phổ phát xạ vật liệu vùng ánh sáng đỏ – đỏ xa, mở rộng phía ánh sáng đỏ Phủ vật liệu chip NUV cho ánh sáng màu đỏ hồng, có tiềm ng dụng chế tạo led chuyên dụng nông nghiệp Hà Nội, ngày .tháng .năm .2020 Tác giả luận văn Phan Thị P ƣơn iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu Kí hiệu Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt Dq Crystal field separation factor Thông số tách trường tinh thể E Energy Năng lượng RC Critical distance Khoảng cách tâm tới hạn Α Absorption coefficient Hệ số hấp thụ Wavelength Bước sóng Chữ viết tắt Kí hiệu Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt CRI Color Rendering Index Hệ số hoàn màu EDS Energy dispersive X–ray spectroscopy Phổ tán sắc lượng tia X FCC Face center cubic Lập phương tâm mặt FESEM Field emission scanning electron microscopy Hiển vi điện tử quét phát xạ trường FWHM Full–width half–maximum Bán độ rộng phổ LED Light emitting diode Điốt phát quang NUV Near Ultraviolet Tử ngoại gần PL Photoluminescence Quang phát quang PLE Photoluminescence excitation Kích thích quang phát quang SEM Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét XRD X–ray Diffraction Nhiễu xạ tia X WLED White Light Emitting diode Điốt phát quang ánh sáng trắng PDMS Polydimethylsiloxane Poly đimethyl siloxan v MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm vật liệu nano [18] 1.1.2 Đặc trưng vật liệu nano 1.2 Tính chất quang 1.2.1 Cơ chế hấp thụ ánh sáng chất bán dẫn 1.2.2 Cơ chế tái hợp chất bán dẫn 1.2.3 Cơ chế phát quang bột huỳnh quang 1.3 Sự chuyển m c lượng ion kim loại chuyển tiếp lớp dn 11 1.3.1 Giản đồ Tanabe – Sugano 11 1.3.2 Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d3 12 1.4 Tính chất quang ion Cr3+ trường tinh thể 13 1.5 Tính chất quang ion Mn4+ trường tinh thể 14 1.6 Sự truyền lượng 16 1.6.1 Sự truyền lượng tâm b c xạ khác 17 1.6.2 Truyền lượng tâm giống 19 1.7 Sự dập tắt cường độ huỳnh quang nồng độ tạp chất 20 1.8 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 21 1.8.1 Phương pháp nghiền bi 21 1.8.2 Phương pháp đồng kết tủa 21 1.8.3 Phương pháp sol–gel 22 1.9 Cấu trúc mạng tinh thể vật liệu ZnAl2O4 22 1.10 Tình hình nghiên c u vật liệu ZnAl2O4, ZnAl2O4 pha tạp Cr3+, Mn4+ ng dụng 24 1.10.1 Tình hình nghiên c u vật liệu ZnAl2O4, ZnAl2O4 pha tạp Cr3+, Mn4+ nước 24 1.10.2 Tình hình nghiên c u vật liệu ZnAl2O4, ZnAl2O4 pha tạp Cr3+, Mn4+ nước 26 CHƢƠNG II THỰC NGHIỆM 29 2.1 Mục đích phương pháp nghiên c u 29 2.2 Quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu 29 2.2.1 Dụng cụ hóa chất 29 2.2.2 Quy trình công nghệ chế tạo mẫu 30 2.3 Các phương pháp khảo sát thuộc tính cấu trúc tính chất vật liệu sau chế tạo 31 2.3.1 Phân tích hình thái bề mặt thiết bị hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) 31 vi 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 33 2.3.3 Phương pháp phân tích thành phần hóa học phổ tán sắc lượng tia X 34 2.3.4 Phương pháp đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang 35 2.3.5 Phương pháp đo LED 35 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Hình thái bề mặt kích thước hạt vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) 37 3.2 Thành phần nguyên tố vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 1,5% Mn4+) 38 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến cấu trúc tinh thể vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) 39 3.4 Tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) 41 3.4.1 Tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: Cr3+ 42 3.4.2 Tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: Mn4+ 43 3.4.3 Tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) 43 3.5 Kết thử nghiệm led NUV vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) 47 3.6 Kết luận chương 48 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 50 4.1 KẾT LUẬN CHUNG 50 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN VĂN 51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang vật liệu Li3Mg2SbO6: Mn4+ Hình Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang vật liệu SrMgAl10O17: Cr3+ Hình 1 Phân loại vật liệu nano: (0D) hạt nano hình cầu, cụm nano (a); (1D) dây, nano (b); (2D) màng, đĩa lưới nano (c); (3D) vật liệu khối (d) Hình Sơ đồ chuyển m c điện tử vật liệu bán dẫn hấp thụ ánh sáng Hình Các chuyển m c điện tử vẽ khơng gian vectơ sóng k Hình Sơ đồ chuyển m c điện tử phát xạ photon……… Hình Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d3 12 Hình Hình ảnh kim loại Crơm tự nhiên 13 Hình Phổ huỳnh quang (a) phổ kích thích huỳnh quang (b) α–Al2O3: Cr3+ với λex= 365 nm, λem= 694 nm 14 Hình Hình ảnh kim loại Mangan tự nhiên 15 Hình Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang vật liệu Sr2MgAl22O36: Mn4+ CaAl12O19: Mn4+ 15 Hình 10 Phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang giản đồ Tanabe – Sugano vật liệu Sr4Al14O24: Mn4+ Sr4Al14O24: Mn4+, Na+ 16 Hình 11 Quá trình kích thích gián tiếp qua phần tử nhạy sáng S để truyền lượng cho tâm A 16 Hình 12 Hai tâm S A cách khoảng R (trên cùng), sơ đồ m c lượng tương tác HSA (ở giữa), chồng phủ phổ (dưới cùng) 17 Hình 13 Sự phát huỳnh quang nồng độ tạp chất thấp (1.13a); Sự dập tắt huỳnh quang nồng độ pha tạp cao (1.13b) 20 Hình 14 Quy trình chế tạo vật liệu phương pháp sol–gel 22 Hình 15 Ảnh khoáng chất gahnite tự nhiên 23 Hình 16 (a) Cấu hình t diện, (b) Cấu hình bát diện 23 Hình 17 Cấu trúc mạng spinel thuận 23 Hình 18 Cơ chế phát quang bột ZnAl2O4 chế tạo muối (S1) Al2(SO4)3.18H2O, (S2) AlCl3.6H2O, (S3) Al(NO3)3.9H2O 25 Hình 19 Phổ kích thích huỳnh quang (a) phổ huỳnh quang (b) vật liệu ZnAl2O4: Cr3+ tổng hợp 200 ℃ 25 Hình 20 Phổ huỳnh quang (PL) tinh thể ZnAl2O4: Mn4+ nồng độ khác kích thích bước sóng 300 nm 26 Hình 21 Phổ huỳnh quang phổ kích thích huỳnh quang vật liệu ZnAl2O4: (Cu2+, Mn4+) 26 Hình 22 Phổ huỳnh quang phổ kích thích huỳnh quang vật liệu ZnAl2O4: 0,5% Mn thiêu kết 1200 ℃ trong khơng khí, đo nhiệt độ phòng 27 Hình Các thiết bị để chế tạo bột huỳnh quang ZnAl2O4:(Cr3+, Mn4+) phương pháp sol–gel: cân phân tích (a), máy khuấy từ (b), tủ sấy (c), cối mã não (d), lò nung Nabertherm(e), lò nung CHIDA (f) 29 viii Hình 2 Quy trình tổng hợp vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) phương pháp sol–gel 30 Hình Ảnh thiết bị đo ảnh FESEM tích hợp với đầu đo EDS 31 Hình Các tín hiệu sóng điện từ phát xạ từ mẫu tán xạ 32 Hình Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét (a); Đường tia điện tử SEM (b) 32 Hình Hệ thiết bị phân tích cấu trúc phương pháp nhiễu xạ tia X 33 Hình Hiện tượng nhiễu xạ tinh thể 34 Hình Hệ đo phổ huỳnh quang, kích thích huỳnh quang (NanoLog spectrofluorometer, HORIBA Jobin Yvon) 35 Hình Hệ đo phổ LED cầu tích phân 36 Hình Ảnh FESEM vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết nhiệt độ khác nhau, khơng khí với chế độ phân giải 37 Hình Phổ tán sắc lượng tia X (EDS) vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 1,5% Mn4+) thiêu kết nhiệt độ 1400 ℃ giờ, mơi trường khơng khí ……38 Hình 3 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,5% Mn4+), thiêu kết nhiệt độ khác từ 1000 – 1400 ℃ 2h mơi trường khơng khí 39 Hình Phổ huỳnh quang (PL) (a) phổ kích thích huỳnh quang (PLE) (b) đo bước sóng 686 nm vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết 1400 ℃ trong khơng khí đo nhiệt độ phịng 44 Hình Phổ 3D vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết 1400 ℃ trong khơng khí 45 Hình Phổ huỳnh quang (a) phổ kích thích huỳnh quang (b) vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết 600 – 1500 ℃ giờ, khơng khí, đo nhiệt độ phịng 45 Hình 10 Phổ huỳnh quang vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,3 – 1,5% Mn4+) ZnAl2O4: 0,8% Cr3+, thiêu kết 1400 ℃ trong khơng khí, đo nhiệt độ phịng bước sóng kích thích 383 nm 46 Hình 11 Phổ điện huỳnh quang phổ tọa độ màu LED tử ngoại gần phủ vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+ 0,7% Mn4+) thiêu kết nhiệt độ 1400 C 48 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Khối lượng hóa chất để tổng hợp bột huỳnh quang ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) 31 Bảng Bảng tính kích thước trung bình vật liệu mặt (311) vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,5% Mn4+) thiêu kết nhiệt độ từ 1000 - 1400 ℃… ….40 x 3.4.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng bước sóng kích thích đến tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) kích thích từ bước sóng khác (hình 3.7) PL (a) Cƣờn độ (đ.v.t.y) 532 300 400 500 383nm 414nm 537nm 686 ZnAl2O4: 0.5%Cr3+, 0.7%Mn4+ - 14000C PLE (b) 383 697 708 675 717 665 723 600 650 Bƣớc sóng (nm) 700 750 Hình Phổ huỳnh quang (PL) (a) phổ kích thích huỳnh quang (PLE) (b) đo bước sóng 686 nm vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết 1400 ℃ trong khơng khí đo nhiệt độ phịng Trên phổ huỳnh quang kích thích bước sóng khác (hình 3.7a) cho thấy phát xạ nhận từ 625 – 750 nm, bao gồm đỉnh phát xạ liên quan đến đường R N đặc trưng cho phát xạ ion Cr3+, Mn4+ mạng ZnAl2O4 đồng thời tồn đỉnh phát xạ có cường độ mạnh bước sóng 686 nm cho liên quan đến chuyển m c phát xạ từ trạng thái E (2G) → 4A2 (4F) Cr3+ trường tinh thể vật liệu ZnAl2O4 gây Các phát xạ đỏ – đỏ xa (650 – 750 nm) hấp thụ mạnh vùng tử ngoại gần (383 nm) vùng ánh sáng xanh lục (532 nm) Kết nhận cho thấy vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) có tiềm ng dụng chế tạo LED chuyên dụng cho nông nghiệp, thơng qua việc sử dụng chip kích thích từ vùng tử ngoại gần đến ánh sáng xanh lam Trên phổ PL kích thích bước sóng khác (hình 3.7) cho thấy khả điều chỉnh dải phát xạ thơng qua nguồn kích thích phổ 3D (hình 3.8) lần cho thấy phụ thuộc dải phát xạ vào bước sóng kích thích 44 Hình Phổ 3D vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết 1400 ℃ trong khơng khí 630 686 697 707 717 665 723 660 690 720 Bƣớc sóng (nm) 750 (b) 533 PLE:em= 686 nm 675 6000C 9000C 383 10000C 12000C 13000C 14000C 15000C (a) Cƣờn độ (đ.v.t.y) 6000C 9000C 10000C 12000C 13000C 14000C 15000C PL:ex= 383 nm Cƣờn độ (đ.v.t.y) 3.4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết đến tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) 280 350 420 490 Bƣớc sóng (nm) 560 Hình Phổ huỳnh quang (a) phổ kích thích huỳnh quang (b) vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết 600 – 1500 ℃ giờ, khơng khí, đo nhiệt độ phịng Hình 3.9 phổ huỳnh quang vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+), thiêu kết nhiệt độ từ 600 – 1500 ℃ đo nhiệt độ phòng, với bước sóng kích thích 383 nm Kết nhận cho thấy kích thích ánh sáng tử ngoại gần vật liệu phát xạ vùng đỏ – đỏ xa (650 – 750 nm) 45 Phổ kích thích huỳnh quang (hình 3.9a) cho thấy nhiệt độ thiêu kết 1200 C, cường độ đỉnh phát xạ đặc trưng cho Cr3+ Mn4+ thấp (cường độ đỉnh phát xạ bước sóng 686 nm) Khi tăng nhiệt độ thiêu kết tăng lên 1300 C, cường độ phát xạ tăng lên gấp đôi so với thiêu kết nhiệt độ 1000 C Tiếp tục tăng nhiệt độ thiêu kết lên 1400 C 1500 C cường độ huỳnh quang tăng lên nhiều lần, đạt cực đại 1400 C Kết phân tích cho thấy, nhiệt độ thiêu kết tăng lên cường độ đỉnh phát xạ đặc trưng tăng lên, nhiên vị trí đỉnh phát xạ khơng thay đổi Điều giải thích nhiệt độ thiêu kết tăng tinh thể hình thành hồn thiện dần, kích thước hạt tăng lên làm cho trình tán xạ bề mặt vật liệu giảm, phát xạ tâm Mn4+, Cr3+ tăng lên Hơn nữa, nhiệt độ thiêu kết tăng làm tăng khả thay Mn4+, Cr3+ vào vị trí Al3+ mạng nền, làm cho số tâm phát xạ Mn4+, Cr3+ tăng lên dẫn đến cường độ huỳnh quang tăng Phổ kích thích huỳnh quang (hình 3.9b) đo bước sóng 686 nm cho thấy nhiệt độ thiêu kết 1300 C có cường độ đỉnh kích thích thấp, tăng nhiệt độ thiêu kết lên 1400 C 1500 C cường độ đỉnh kích thích tăng lên Tuy nhiên, nhiệt độ thiêu kết 1400 C, cường độ đỉnh kích thích 383 nm cao nhiệt độ thiêu kết 1500 C, điều lại xảy ngược lại với cường độ đỉnh kích thích 533 nm 0,3% ZnAl2O4: Cr3+0.5%, Mn4+ x% - 1400 oC 0,5% 0,7% 686 1% 1,5% 697 0,8% Cr3+, 0% Mn4+ PL:ex= 383 nm Cƣờng độ (đ.v.t.y) 3.4.3.3 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Mn4+ đến tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ 708 675 717 665 723 640 660 680 700 Bƣớc sóng (nm) 720 740 Hình Phổ huỳnh quang vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,3 – 1,5% Mn4+) ZnAl2O4: 0,8% Cr3+, thiêu kết 1400 ℃ trong khơng khí, đo nhiệt độ phịng bước sóng kích thích 383 nm 46 Trên phổ huỳnh quang (hình 3.10), bao gồm phổ huỳnh quang vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, x% Mn4+) vật liệu ZnAl2O4: 0,8% Cr3+ (nồng độ cho cường độ huỳnh quang mạnh trường hợp pha tạp riêng Cr3+), thấy cường độ huỳnh quang đồng pha tạp mạnh gấp nhiều lần so với pha tạp riêng Cr3+, từ dự đốn ion Mn4+ có tác dụng làm tăng cường độ huỳnh quang vật liệu Điều giải thích sau: đồng pha tạp (Cr3+, Mn4+), Mn4+ truyền lượng Cr3+ Qúa trình truyền lượng tâm phát quang khác giải thích qua hai nguyên nhân Th là: chuyển tiếp b c xạ hai ion pha tạp, t c phổ phát xạ ion phải trùng với phổ hấp thụ ion lại Th hai là: cộng hưởng b c xạ hai ion, nghĩa có trùng phủ phổ phát xạ hai ion pha tạp Quan sát phổ huỳnh quang vật liệu trường hợp pha tạp riêng kết luận rằng: tăng cường độ huỳnh quang cộng hưởng b c xạ Cr3+, Mn4+ trường tinh thể [55] Với vật liệu tổng hợp được, kết cho thấy nồng độ pha tạp tăng lên đến 0,7% Mn4+ cường độ phát xạ đỉnh huỳnh quang đạt giá trị cực đại Khi nồng độ pha tạp tăng lên 0,7% Mn4+, cường độ huỳnh quang vật liệu tổng hợp có xu hướng giảm Điều giải thích hiệu ng dập tắt huỳnh quang nồng độ gây (có thể nồng độ cao ion Mn, Cr kết đám tạo liên kết Mn – Mn, Mn – Cr làm cường độ huỳnh quang giảm) [56] Đồng thời pha tạp nồng độ cao, kèm theo tượng truyền lượng tâm phát xạ dẫn đến tượng hấp thụ không phát xạ làm suy giảm cường độ huỳnh quang [54] Như với kết nhận trên, nhận thấy bột huỳnh quang ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ – đỏ xa nhận kích thích từ vùng tử ngoại gần đến vùng ánh sáng xanh lục Với phổ phát xạ ánh sáng đỏ phù hợp với ng dụng chiếu sáng cho nông nghiệp công nghệ cao dùng nguồn sáng kích thích xanh sinh trưởng phát triển Đặc biệt sử dụng hai nguồn chip led tử ngoại gần xanh lục để chế tạo led phát xạ ánh sáng đỏ với chi phí thấp Để nghiên c u khả ng dụng chế tạo thiết bị chiếu sáng chuyên dụng cho chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao, thử nghiệm chế tạo led sở vật liệu chế tạo chip led tử ngoại gần 3.5 Kết thử nghiệm led NUV vật liệu ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) Để phủ vật liệu lên led NUV, sử dụng chất kết dính polymer có khả truyền qua NUV cao chất Polydimethylsiloxane (PDMS) hai thành phần với tỷ lệ trộn hai thành phần 1:1 Lượng polymer sử dụng khoảng 5% so với trọng lượng bột huỳnh quang Thử nghiệm chế tạo led sử dụng chip NUV 395 nm phủ vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết nhiệt độ 1400 C thể hình 3.11 Phổ phát xạ led bao gồm phổ phát xạ chip NUV bước sóng 395 nm phát xạ bột huỳnh quang vùng đỏ – đỏ xa Tọa độ (x, y) = (0,3478, 0,2551), vị trí tọa độ màu led đánh dấu giản đồ CIE Ảnh chụp led chèn hình 3.10 cho thấy ánh sáng phát có màu hồng Các 47 kết nhận cho thấy led phát xạ có hai vùng vùng NUV vùng đỏ – đỏ xa trùng khớp với vùng hấp thụ chất diệp lục (Chlorophyll a) (hình 3.11) Hình Phổ điện huỳnh quang phổ tọa độ màu LED tử ngoại gần phủ vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+ 0,7% Mn4+) thiêu kết nhiệt độ 1400 C 3.6 Kết luận ƣơn Vật liệu huỳnh quang ZnAl2O4: (Cr3+, Mn4+) chế tạo thành công phương pháp sol–gel - - Vật liệu chế tạo nhận kích thích vùng tử ngoại gần đến ánh sáng xanh lục cho phát xạ vùng đỏ – đỏ xa (625 – 750 nm) có đỉnh cực đại bước sóng 686 nm đỉnh có cường độ yếu bước sóng 665 nm, 675 nm, 697 nm, 707 nm, 717 nm, 723 nm Trong phạm vi nghiên c u tôi, vật liệu ZnAl2O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết nhiệt độ 1400 ℃, giờ, khơng khí cho chất lượng tinh thể tốt, kích thước từ 100 nm đến vài trăm nm cường độ huỳnh quang tốt 48 Thử nghiệm vật liệu chế tạo NUV chip cho ánh sáng màu đỏ hồng, phổ điện huỳnh quang cho thấy vật liệu cho phát xạ phù hợp với phổ hấp thụ chất diệp lục Chlorophyll a, có tiềm ng dụng điều chế led chuyên dụng nông nghiệp công nghệ cao 49 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 KẾT LUẬN CHUNG Bằng phương pháp sol–gel tổng hợp thành công bột huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp (Cr3+, Mn4+) cho phát xạ vùng đỏ – đỏ xa (625 – 750 nm) kích thích từ tử ngoại gần (NUV) đến vùng ánh sáng xanh lục (Blue light) Các kết nghiên c u cho thấy hình thái bề mặt, kích thước hạt, cấu trúc tinh thể tính chất huỳnh quang vật liệu phụ thuộc đáng kể vào thơng số chế tạo Chúng tơi tìm điều kiện tối ưu để vật liệu có chất lượng tinh thể cường độ phát quang tốt Cụ thể: i) Chúng chế tạo thành công vật liệu ZnAl2 O4: (Cr3+, Mn4+) phương pháp sol–gel Mẫu vật liệu ZnAl2 O4: (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) thiêu kết 1400 C giờ, khơng khí có : - Kích thước: 100 – 250 nm, hạt phân bố đồng - Vật liệu hoàn toàn tinh khiết - Cường độ huỳnh quang cao trường hợp đơn pha tạp đáng kể - Vật liệu nhận kích thích vùng NUV đến ánh sáng xanh lục cho phát xạ đỏ – đỏ xa mở rộng so với trường hợp đơn pha tạp, đỉnh phát xạ phân bố đồng đều, dịch sang vùng ánh sáng đỏ ii) Phủ vật liệu huỳnh quang ZnAl O4 : (0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+) lên chip NUV 395 nm cho phát xạ phù hợp với phổ hấp thụ chất diệp lục chlorophyll a Bột huỳnh quang chế tạo công nghệ chế tạo đơn giản, h a hẹn khả ng dụng chế tạo LED chuyên dụng ng dụng chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao Công nghệ hồn tồn đáp ng nhu cầu sản xuất công nghiệp cung cấp bột huỳnh quang cho nhà sản xuất đèn LED 50 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN 1) Phan Thị P ƣơn , Nguyễn Văn Quang, Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trí Tuấn, Nguyễn Văn Du, Nguyễn Tư, Phạm Thành Huy, Chế tạo tính chất quang bột ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr3+, Mn4+ phương pháp đồng kết tủa, Hội nghị Vật lí Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc SPMS 2019 51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] X Li, Z Chen, B Wang, R Liang, Y Li, L Kang, P Liu, (2018), “Effects of impurity doping on the luminescence performance of Mn4+–doped aluminates with the magnetoplumbite–type structure for plant cultivation”, Materials (Basel) 12, pp 1–11 [2] F Palazon, F Di Stasio, Q.A Akkerman, R Krahne, M Prato, L Manna, “Polymer-Free Films of Inorganic Halide Perovskite Nanocrystals as UV-toWhite Color-Conversion Layers in LEDs”, Chem Mater 28, pp 2902–2906 (2016) [3] L Cornu, M Duttine, M Gaudon, V Jubera, “Luminescence switch of MnDoped ZnAl2O4 powder with temperature”, J Mater Chem C 2, pp 9512– 9522 (2014) [4] C Fusion, (2018), “Accepted Muspt”, pp 0–48 [5] D Zhang, C Wang, Y Liu, Q Shi, W Wang, and Y Zhai, (2012), “Green and red photoluminescence from ZnAl2O4: Mn phosphors prepared by solgel method”, J Lumin., vol 132, no 6, pp 1529–1531 [6] B S Ravikumar, H Nagabhushana, D V Sunitha, S C Sharma, B M Nagabhushana, and C Shivakumara, (2014 ), “Plant latex mediated green synthesis of ZnAl2O4: Dy3+ (1–9 mol%) nanophosphor for white light generation”,J Alloys Compd., vol 585, pp 561–571 [7] SV Motloung, FB Dejene, HC Swart, OM Ntwaeaborwa, “Sol–gel synthesis and Characterization of Structural and Luminescence Properties of ZnAl2O4 doped with Mn2+ powder phosphor” [8] M T Tsai, B Y Pan, and F Y Liang, (2012), “Preparation and Luminescence of ZnAl2O4:Mn Phosphors”, Key Eng Mater., vol 512–515, pp 182–186 [9] R Chandramohan, V Dhanasekaran, R Arumugam, J Thirumalai, and T.Mahalingam, (2012), “Physical Properties Evaluation of annealed ZnAl2O4 alloy thin films”, vol 7, no 3, pp 1315–1325 [10] M E Foley, R W Meulenberg, J R McBride, and G F Strouse, (2015), “Eu3+–Doped ZnB2O4(B=Al3+,Ga3+) Nanospinels: An Efficient Red Phosphor, Chem Mater”, vol 27, no 24, pp 8362–8374 [11] I B Huang, (2014), “Preparation and luminescence of green–emitting ZnAl2O4: Mn2+ phosphor thin films”, Thin Solid Films, vol 570, no PB, pp 451–456 [12] X Y Chen, C Ma, S P Bao, and Z Li, (2010), “Synthesis and photoluminescence of ZnAl2O4: Eu3+ hollow nanophosphors using carbon nanospheres as hard templates”, J Colloid Interface Sci., vol 346, no 1, pp 8–11 [13] Jiasong Zhong, Xiao Chen, Daqin Chen, Meijiao Liu, Yiwen Zhu, Xinyue Li, Zhenguo Ji, “A novel rare–earth free red-emitting Li3Mg2SbO6: Mn4+ phosphor–in–glass for warm W–LEDs: Synthesis, structure, and luminescence properties” 52 [14] L Cornu, M Duttine, M Gaudon, V Jubera, (2014), “Luminescence switch of Mn–Doped ZnAl2O4 powder with temperature”, J Mater Chem C 2, pp 9512–9522 [15] D Zhang, Y Yin, Y Liu, W Chao, Y Zhai, (2013), “The photoluminescence and magnetic properties of ZnAl2O4:Mn nanocrystals”, J Phys Chem Solids 74, pp 1131–1135 [16] S.S Pitale, V Kumar, I.M Nagpure, O.M Ntwaeaborwa, H.C Swart, (2011), “Luminescence characterization and electron beam induced chemical changes on the surface of ZnAl2O4 :Mn nanocrystalline phosphor”, Appl Surf Sci 257, pp 3298–3306 [17] Ya–jie Han, Lei Shi, Han Liu, Zhi–wei Zhang, (2018), “A novel far red– emitting phosphor SrMgAl10O17: Cr3+ for warm W–LEDs” [18] Trương Văn Tân, (2007), “Khoa học công nghệ nano”, NXB Tri th c Tp HCM [19] P R Sajanlal, T S Sreeprasad, A K Samal, and T Pradeep, (2011), “Anisotropic nanomaterials: structure, growth, assembly, and functions”, Nano Re, vol 2, no 1, p 5883 [20] F Ebrahimi, (2012), “Nanocomposites New Trends and Developments” [21] Phùng Hồ, Phan Quốc Phô, (2008), “Giáo trình Vật liệu bán dẫn”, NXB Khoa học Kỹ thuật [22] G.Blasse.B.C.Grabmaier, “Luminescent Materials” [23] Nguyễn Thị Hằng, Đỗ Quang Trung, Nguyễn Văn Quang, Nguyễn Văn Du, Lê Tiến Hà, Nguyễn Duy Hùng, Nguyễn Tư, Phạm Thành Huy, (2017), “Nghiên cứu chế tạo tính chất quang bột huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp Cu2+ Mn4+ phương pháp đồng kết tủa”, Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2017 [24] Nguyễn Thị Tố Loan, Nguyễn Quang Hải, (2015), “Nghiên cứu tổng hợp oxit nano ZnAl2O4 phương pháp đốt cháy gel”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học – Tập 20 [25] 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 [26] M.G Brik, J Papan, D.J Jovanović, M.D Dramićanin, (2016), “Luminescence of Cr3+ ions in ZnAl2O4 and MgAl2O4 spinels: Correlation between experimental spectroscopic studies and crystal field calculations”, J Lumin 177, pp 145–151 [27] Yen William M., Shionoya Shigeo, Yamamoto Hajime, (2007), “Fundamentals of Phosphors”, CRC Press [28] M Gaft, R Reisfeld, and G Panczer, (2015), “Modern Luminescence Spectroscopy of Minerals and Materials” [29] S.K Sharma, D Gourier, B Viana, T Maldiney, E Teston, D Scherman, C Richard, (2014), “Persistent luminescence of AB2O4: Cr3+ (A = Zn, Mg, B = Ga, Al) spinels: New biomarkers for in vivo imaging”, Opt Mater (Amst) 36, 1901–1906 [30] G Palareti, C Legnani, B Cosmi, E Antonucci, N Erba, D Poli, S Testa, A Tosetto, (2016), “Comparison between different D-Dimer cutoff 53 values to assess the individual risk of recurrent venous thromboembolism: Analysis of results obtained in the DULCIS study”, Int J Lab Hematol 38, 42–49 [31] K.S Choudhari, D Hebbar N, S.D Kulkarni, C Santhosh, S.D George, (2019), “Cr3+ doped nanoporous anodic alumina: Facile microwave assisted doping to realize nanoporous ruby and phase dependent photoluminescence”, Ceram Int 45 12130–12137 [32] A M Srivastava and M G Brik, (2013), “Crystal field studies of the Mn4+ energy levels in the perovskite”, LaAlO3,Opt Mater (Amst)., vol 35, no 8, pp 1544–1548 [33] A Lecointre, R Ait Benhamou, A Bessiére, G Wallez, M Elaatmani, and B Viana, (2011), “Red long–lasting phosphorescence (LLP) in β–TCP type Ca9.5Mn(PO4)7 compounds”, Opt Mater (Amst), vol 34, no 2, pp 376– 380 [34] X Zhang, J Nie, S Liu, Y Li, and J Qiu, (2018), “Deep–red photoluminescence and long persistent luminescence in double perovstkite– type La2MgGeO6: Mn4”+, J Am Ceram Soc., vol 101, no 4, pp 1576–1584 [35] Renping Cao, Mingying Peng, Enhai Song and Rianrong Qiu, (2012), “High Efficiency Mn4+ Doped Sr2MgAl22O36 Red Emitting Phosphor for White LED” [36] Jiaqi Long, Xuanyi Yuan, Chaoyang Ma, Miaomiao Du, Xiaoli Ma, Zicheng Wen, Ran Ma, Yuzhen Wang and Yongge Cao, (2018), “Strongly enhanced luminescence of Sr4Al14O25: Mn4+ phosphor by co-doping B3+ and Na+ ions with red emission for plant growth LEDs” [37] Micael D Lumb, (1978), “Luminescence Spectroscopy”, A Subsidiary of Harcourt Brace Jovanovich, Publishers [38] Shi–Fa Wang, , Guang–Zhuang Sun, Lei–Ming Fang, Li Lei, Xia Xiang & Xiao–Tao Zu, (2015), “A comparative study of ZnAl2O4 nanoparticles synthesized from different aluminum salts for use as fluorescence materials”, Scientific Reports volume5, Article number: 12849 [39] D Zhang, Y.H Qiu, Y.R Xie, X.C Zhou, Q.R Wang, Q Shi, S.H Li, W.J Wang, (2017), “The improvement of structure and photoluminescence properties of ZnAl2O4: Cr3+ ceramics synthesized by using solvothermal method”, Materials and Design 115, 37–45 [40] Huang, S., Wei, Z., Wu, X., & Shi, (2020), “Optical properties and theoretical study of Mn doped ZnAl2O4 nanoparticles with spinel structure”, Journal of Alloys and Compounds, 154004 [41] Nguyễn Ngọc Sâm, (2018), “Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 đồng pha tạp Mn2+ Mn4+” [42] A Manuscript, (2016), “Materials Chemistry C” [43] S Barma, B Mandal, (2014), “Effects of sintering temperature and initial compaction load on alpha–alumina membrane support quality”, Ceram Int 40, 11299–11309 [44] K –H Lin, M –Y Huang, W –D Huang, M –H Hsu, Z –W Yang, C – M Yang, (2013), “The effects of red, blue, and white light-emitting diodes on 54 the growth, development, and edible quality of hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L var capitata)”, Sci Hortic (Amsterdam) 150, 86–91 [45] Z Fang, S Zheng, W Peng, H Zhang, Z Ma, S Zhou, D Chen, J Qiu, (2015), “Fabrication and Characterization of Glass‐Ceramic Fiber– Containing Cr3+–Doped ZnAl2O4 Nanocrystals”, J Am Ceram Soc 98, 2772–2775 [46] X Xue, R.L Penn, E.R Leite, F Huang, Z Lin, (2014), “Crystal growth by oriented attachment: kinetic models and control factors”, CrystEngComm 16 1419–1429 [47] D.L Wood, G.F Imbusch, R.M Macfarlane, P Kisliuk, D.M Larkin, (1968), “Optical Spectrum of Cr3+ Ions in Spinels”, J Chem Phys 48, 5255– 5263 [48] W Mikenda, A Preisinger, (1981), “N–lines in the luminescence spectra of Cr3+–doped spinels (I) identification of N–lines”, J Lumin 26, 53–66 [49] W Mikenda, (1981), “N–lines in the luminescence spectra of Cr3+–doped spinels (III) partial spectra”, J Lumin 26, 85–98 [50] T Sio, W Nie, F.M Michel–Calendini, C Linares, G Boulon and C Daul, (1990), “New results on optical properties and term-energy calculations in Cr3+–doped ZnAl2O4”, 46, 177–190 [51] M Yamaga, B Henderson, A Marshall, K.P O’Donnell, B Cockayne, (1989), “Polarization spectroscopy of Cr3+ ions in laser host crystals: I R– lines and sidebands”, J Lumin 43, 139–146 [52] V Singh, R P S Chakradhar, J L Rao, and D K Kim, (2008), “Characterization, EPR and luminescence studies of ZnAl2O4:Mn phosphors”, J Lumin., vol 128, no 3, pp 394–402 [53] B.S Ravikumar, H Nagabhushana, S.C Sharma, Y.S Vidya, K.S Anantharaju, (2015), “Calotropis procera mediated combustion synthesis of ZnAl2O4: Cr3+ nanophosphors: Structural and luminescence studies”, Spectrochim Acta – Part A Mol Biomol Spectrosc 136, pp 1027–1037 [54] Yu–dong Xua∗, Xu–dong Penga, Lei Wanga∗, Min Shia, Yuan Zhanga, Quan Wanga, San Qia, Ning Dingb, (2015), “Effects of Sm Co-doping on Luminescent Properties of Sr4Al14O25:M (M=Mn4+, Cr3+) Phosphors”, Chin J Chem Phys, 28, 771-775 [55] L Cornu, M Duttine, M Gaudon, and V Jubera, (2014), “Luminescence switch of Mn–Doped ZnAl2O4 powder with temperature”, J Mater Chem C, vol 2, no 44, pp 9512–9522 [56] Nguyễn Mạnh Sơn, (2016), “Ion Cr3+ Mn4+ trường tinh thể α– Al2O3”, Tạp chí Khoa học Công nghệ [57] Nguyễn Thị Hạnh, Vũ Thị Kim Thoa, (2019), “Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Cr3+ đến tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: Mn2+ chế tạo phương pháp sol–gel”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 55 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: “ ghi n cứu chế tạo khảo sát tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr Mn phương pháp sol–gel” Tác giả luận văn: Phan Thị P ƣơn Khóa: 2018B Người hướng dẫn: TS Nguyễn Việt Hƣn TS Đỗ Quang Trung Từ khóa (Keyword): LED, NUV, FESEM, EDS, XRD, PL, PLE Nội dung tóm tắt a) Lý chọn đề tài Canh tác nhà thu hút nhiều ý nhà khoa học nhà nông nghiệp môi trường phát triển loại thực vật tương đối ổn định mà khơng chịu ảnh hưởng điều kiện bên ngồi Các nghiên c u cho thấy phân bố ánh sáng vùng NUV-xanh lam (400 – 500 nm) đỏ-đỏ xa (600 – 690 nm) có ý nghĩa quan trọng thực vật ảnh hưởng đến phản ng quang hợp với trình phát triển hoa Gần đây, điốt phát quang chuyển đổi từ bột huỳnh quang (pc-LED) cơng nhận nguồn sáng nhân tạo cho phát triển trồng nhà ưu điểm độc đáo chúng so với đèn truyền thống khác công nghệ chế tạo đơn giản, tiết kiệm điện, b c xạ nhiệt thấp dễ dàng kiểm soát phổ phát xạ Hiện nay, LED chiếu sáng cho nông nghiệp tạo LED xanh lam kết hợp với bột huỳnh quang phát xạ đỏ Đặc biệt phát xạ bước sóng từ 650 – 750 nm cần thiết cho trồng phát triển Như biết ion Mn4+ cho phát xạ đỏ vùng ánh sáng mong muốn, nhiên phổ hấp thụ ion Mn4+ thường vùng tử ngoại điểm hạn chế loại tạp chất Các nghiên c u trước cho thấy phát xạ ion Cr3+ số mạng cho phát xạ đỏ nhận kích thích mạnh vùng tử ngoại gần đến ánh sáng xanh lục Những nghiên c u gần cho thấy mạng kẽm aluminate (ZnAl2O4) thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học nước Với độ rộng vùng cấm 3.8 eV với khả pha tạp nhiều loại tạp chất kim loại chuyển tiếp, đất hiếm, ZnAl2O4 ng cử viên tiềm chế tạo loại bột huỳnh quang cho thiết bị quang điện tử hình hiển thị, điốt phát quang ánh sáng trắng…vv Trong nghiên c u này, thử nghiệm chế tạo bột huỳnh quang đồng pha tạp ion Cr3+ Mn4+ mạng spinel ZnAl2O4, phương pháp sol–gel khảo sát thuộc tính cấu trúc tính chất quang chúng Các nghiên c u chế tạo thử nghiệm LED thực để nghiên c u khả ng dụng loại vật liệu chế tạo LED ng dụng chiếu sáng cho nông nghiệp 56 Xuất phát từ yêu cầu tính cấp thiết nêu trên, chúng tơi chọn đề tài: N n u ế tạo khảo sát tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr3+ Mn4+ bằn p ƣơn p áp sol– el” * Mục đích nghiên c u luận văn, đối tượng phạm vi nghiên c u - Chế tạo vật liệu huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp (Cr3+, Mn4+) phương pháp sol–gel có ưu điểm vượt trội tính chất quang so với trường hợp đơn pha tạp - Sử dụng nguồn kích thích NUV để đánh giá khả ng dụng vật liệu chế tạo chế tạo đèn LED chuyên dụng chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao * Đối tượng nghiên c u: Vật liệu huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Cr3+, Mn4+ * Phạm vi nghiên c u: Bột huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Cr3+, Mn4+ phương pháp sol–gel Đo đạc khảo sát tính chất cấu trúc tính chất quang từ đưa điều kiện tốt phạm vi nghiên c u để chế tạo vật liệu Thử nghiệm chế tạo LED chuyên dụng nông nghiệp sở vật liệu chế tạo đo đạc tính chất điện quang b, Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả + Bằng phương pháp sol–gel tổng hợp thành công vật liệu huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr3+, Mn4+ + Khi thiêu kết vật liệu nhiệt độ 1400 ℃ 2h, khơng khí, vật liệu huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr, Mn phát xạ ánh sáng đỏ–đỏ xa có cường độ huỳnh quang mạnh tỷ lệ pha tạp Cr3+: Mn4+ 0,5% : 0,7% đỉnh phát xạ phân bố đồng đều, dịch sang vùng ánh sáng đỏ + Về mặt thực tiễn: Khi phủ vật liệu huỳnh quang ZnAl O4: Cr3+, Mn4+ lên chip LED NUV 395 nm thu kết LED phát xạ đỏ–đỏ xa có tiềm ng dụng chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao * Phương pháp nghiên c u Luận văn nghiên c u chủ yếu phương pháp thực nghiệm kết hợp với tính tốn lý thuyết Các phép đo sử dụng luận văn là: XRD, FESEM, EDS, PL, PLE, HRTEM c, Kết luận + Bằng phương pháp sol–gel tổng hợp thành công vật liệu huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp (Cr3+, Mn4+) + Vật liệu huỳnh quang chế tạo cho phát xạ vùng đỏ-đỏ xa từ 625 – 750 nm có đỉnh cực đại bước sóng 686 nm đỉnh có cường độ yếu bước sóng 697 nm, 775 nm, 708 nm, 717 nm, 724 nm + Vật liệu huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp (Cr, Mn) nhận kích thích dải rộng từ vùng tử ngoại gần (NUV) đến vùng ánh sáng xanh 57 lam + Tối ưu điều kiện công nghệ chế tạo phạm vi nghiên c u, cho thấy cố định nồng độ Cr3+ 0,5% nồng độ pha tạp ion Mn4+ tối ưu 0,7%, nhiệt độ thiêu kết 1400 ℃ thời gian cho phát xạ đỏ – đỏ xa mạnh gấp nhiều lần trường hợp đơn pha tạp Các đỉnh phát xạ phân bố đồng dịch phía ánh sáng đỏ + Khi phủ vật liệu huỳnh quang ZnAl O4 : 0,5% Cr3+, 0,7% Mn4+ lên chip LED NUV 395 nm thu kết LED phát xạ đỏ – đỏ xa có tiềm ng dụng chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao 58 ... quang vật liệu ZnAl2O4: Cr3 + 42 3.4.2 Tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: Mn4 + 43 3.4.3 Tính chất quang vật liệu ZnAl2O4: (Cr3 +, Mn4 +) 43 3.5 Kết thử nghiệm led NUV vật liệu ZnAl2O4: (Cr3 +,... tiếp Cr , Mn4 + phương pháp sol? ? ?gel Đo đạc khảo sát tính chất cấu trúc tính chất quang từ đưa điều kiện tối ưu để chế tạo vật liệu Thử nghiệm chế tạo LED chuyên dụng nông nghiệp sở vật liệu chế tạo. .. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ii ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên c u chế tạo khảo sát tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 đồng pha tạp Cr Mn phương pháp sol? ? ?gel Giản v n ƣớng dẫn: TS Nguyễn Việt Hưng TS Đỗ Quang Trung