Phân tích ứng dụng công nghệ huỳnh quang hoạt hóa Tricolorphosphor trong đèn cao cấp Điện Quang Maxx 801

MỤC LỤC

Các phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang 1. Kỹ thuật gốm cổ truyền

Phương pháp phun nhiệt phân [13]

Tất cả các chất này với hệ số hợp thức được hòa tan vào trong nước sạch, và một lượng nhỏ ure được thêm vào trong dung dịch này. Dung dịch phun được phun và hình thành nên các giọt nhỏ bởi ống phun siêu âm, khí mang được chuyển bởi ống phun siêu âm đi vào ống thạch anh ở 900 oC.

Phương pháp sol-gel

Những vật liệu chế tạo từ phương pháp sol-gel có thể ứng dụng trên nhiều lĩnh vực khác nhau như: vật liệu quang, vật liệu bảo vệ, lớp phủ điện tử, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao và các chất xúc tác …[2,14,18]. Sol-gel có thể đi theo các con đường khác nhau như thủy phân các muối, thủy phân các alkoxit hay bằng con đường tạo phức. Sol-gel là quá trình phức tạp và có rất nhiều biến thể khác nhau phụ thuộc vào các loại vật liệu và các mục đích chế tạo cụ thể.

Năm 1987 khi nghiên cứu về vật liệu siêu dẫn, Bednorg và Müller cần tổng hợp ra vật liệu đơn pha có độ tinh khiết hóa học cao. Ngày nay, phương pháp sol-gel citrat được quan tâm nghiên cứu nhiều nước trên thế giới như Trung Quốc, Tây Ban Nha và Braxin…[20]. Trong phương pháp sol-gel theo con đường tạo phức người ta thường sử dụng axit citric và etylen glycol: axit citric (AC) C6H8O7 + etylen glycol (EG) C2H6O2 + dung dịch muối kim loại Mn+ → khuấy, đun → gel → sấy để thu được xerogel → nung để thu được oxit phức hợp.

Sau này trong nhiều trường hợp cụ thể người ta không sử dụng EG trong quá trình chế tạo và được gọi là phương pháp Piecchini cải tiến [24]. Trong phương pháp sol-gel theo con đường tạo phức người ta thường sử dụng citric acid để tạo phức với các alkoxit hoặc các muối kim loại. H3Cit có 4 càng, ba nhóm cacboxyn, phối trí với ion nguyên tố đất hiếm quanh nguyên tử oxi tạo nên 3 càng, còn càng thứ tư phối trí qua nguyên tử oxi của nhóm alcol và tối đa có thể là 7 càng nếu ion nguyên tố đất hiếm phối trí với 2 nguyên tử của nhóm cacboxyn (nếu mỗi nhóm có 2 càng).

Trong phương pháp pieechini cải tiến quá trình tạo phức của axit citric với kim loại còn được gọi là quá trình chelate hóa. Trong phản ứng chelate các gốc cacboxyl sẽ tạo liên kết với các ion kim loại như trên hình 1.13, tạo tiền đề cho việc hình thành hạt kích thước nhỏ khi phân tử citric bị loại bỏ bởi quá trình nung nhiệt. Nếu môi trường axit, các gốc OH- bị phân ly mạnh phản ứng ngưng tụ xảy ra chậm, tạo tiền đề cho các chuỗi polyme tạo thành các đám lớn và là tiền đề cho hạt kích thước lớn.

Nói chung cấu tạo và cơ chế hình thành sol, gel từ các phức cacboxylat kim loại chưa được hiểu biết đầy đủ và cần được nghiên cứu thêm. Không đòi hỏi chân không hoặc nhiệt độ cao (có thể tiến hành ở nhiệt độ phòng thí nghiệm), do đó tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu được quá trình mất mát do bay hơi, ít ô nhiễm môi trường.

Quy trình trộn bột huỳnh quang ba màu từ các bột thành phần 1. Các thông số kỹ thuật của đèn huỳnh quang

Nhiệt độ màu (Colour Temperature)

Xảy ra quá trình kết đám và tăng kích thước hạt ở nhiệt độ cao trong quá trình ủ nhiệt.

Quy Trinh Trộn màu

Ban đầu ta xác định xem muốn chế tạo vật liệu có nhiệt độ màu bao nhiêu, sau đó xác định các bột thành phần, bột thành phần sẽ được máy kiểm ra và đánh giá độ màu của các màu thành phần, sau đó ta tiến hành tính toán từ nhưng kết quả của các bột thành phần trộn để thu được nhiệt độ màu cần thiết. Sau khi đã tính toán được tỷ lệ các thành phần bột ta bắt đầu tiến hành trộn vật liệu. Trong công nghiệp trộn với số lượng nhiều thường ta trộn cơ, có nghĩa cho các thành phần theo tỷ lệ tương ứng vào với nhau và dùng máy quay cơ học trộn đều hỗn hợp bột.

Tuy nhiên có cách trộn khác với quy mô nhỏ hơn là trộn bằng dung dịch, ta chọn các dung dịch dễ bay hơi như ethanol rồi hòa tan các tỉ lệ cần thiết vào, dùng máy khuấy từ trộn đều, sau đó cho bay hơi ethanol ta thu được bột. Sau khi tiến hành trộn xong các thành phần, ta lấy mẫu đi đo và đánh gia kết quả, nếu kết quả đạt được trong phạm vi mong muốn, ta dừng quy trình và sử dụng tỷ lệ đó để trộn. Nếu chưa đạt yêu cầu thì ta tình toán tỷ lệ thành phần thêm vào và thực hiện lại quy trình trộn.

Hình 1.15. Quy trình trộn bột ba màu [7].
Hình 1.15. Quy trình trộn bột ba màu [7].

THỰC NGHIỆM

    Dụng cụ được dùng chế tạo vật liệu huỳnh quang yêu cầu có độ sạch rất cao, vì nếu còn lẫn một ít tạp chất thì cũng ảnh hưởng đến tính chất quang của vật liệu. Chúng tôi đã tiến hành các thí nghiệm để khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến cấu trúc, kích thước hạt, sự phân bố hạt và tính chất phát quang của vật liêu thu được như nồng độ của các ion pha tạp Eu3+ và Gd3+, nhiệt độ thiêu kết và tỉ lệ giữa ion kim loại với axit citric. Khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại (50÷10.000 cm-1) qua chất phân tích, một phần năng lượng bị hấp thụ làm giảm cường độ của tia tới.

    Phân tử hấp thụ năng lượng sẽ dao động (xê dịch các hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân bằng) dẫn đến thay đổi độ dài liên kết và các góc hóa trị tăng giảm tuần hoàn. Như vậy, căn cứ vào các tần số đặc trưng này có thể xác định các liên kết giữa các nguyên tử hay nhóm nguyên tử, từ đó xác định cấu trúc của mẫu phân tích. Đối với các tinh thể nhỏ kích thước nano, ngoài việc cho biết cấu trúc pha của nano tinh thể, kỹ thuật này cũng cho phép ta ước lượng kích thước nano tinh thể trong mẫu.

    Như vậy, qua sự mở rộng vạch nhiễu xạ tia X so với vật liệu khối, sử dụng giản đồ nhiễu xạ tia X với việc dùng phương pháp Debye Scherrer cho hạt hình cầu, ta có thể đo được kích thước hạt tinh thể. Các mẫu trong khoá luận này được phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ kế tia X D8 Advance của hãng Bruker (Đức) tại PTN Hoá Vật Liệu, Khoa Hoá học, ĐHKHTN, ĐHQGHN. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét FESEM dựa vào các tín hiệu phát ra từ bề mặt mẫu khi quét một chùm tia điện tử hẹp có bước sóng khoảng vài angstrom (Å) lên bề mặt mẫu nghiên cứu và chuyển thành tín hiệu điện hiển thị trên màn hình.

    Kính hiển vi điện tử quét là hệ thống gồm có các thấu kính làm tiêu tụ chùm tia điện tử thành một điểm trên bề mặt mẫu trong cột chân không (<10-3 Pa). Mẫu nghiên cứu được quét bởi tia điện tử, từ bề mặt mẫu sẽ phát ra các tín hiệu phát xạ, các tín hiệu điện tử phát xạ này được thu nhận và khuếch đại để tạo thành tín hiệu video. Độ phân giải của ảnh không thể nhỏ hơn đường kính của chùm tia điện tử quét, để nhận được tia điện tử có đường kính nhỏ nhất tại bề mặt mẫu thì thấu kính hội tụ cuối cùng phải có quang sai thấp, điều này đạt được nếu khẩu độ thấu kính được điều chỉnh tới kích thước tối ưu (thông thường đường kính ~ 150 μm).

    Tính chất quang của vật liệu được khảo sát bằng phổ huỳnh quang (PL) trên hệ đo quang với máy đo phân giải cao, đo tại phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia-viện khoa học Việt Nam và phòng thí nghiệm phân tích huỳnh quang KHTN-ĐHQGHN. Các huỳnh quang trong thực tế thường được phân loại theo phương pháp kích thích như quang huỳnh quang sinh ra do kích thích bởi các photon, hóa huỳnh quang được kích thích bởi các gốc hóa học, catốt huỳnh quang. Ở trạng thái không bền này điện tử truyền năng lượng cho các điện tử hay các phonon mạng và chuyển về mức có năng lượng thấp hơn rồi điện tử mới chuyển về trạng thái cơ bản giải phóng photon sinh ra huỳnh quang.

    Cường độ phổ hấp thụ chỉ liên quan tới lực dao động tử của một chuyển dời nào đó thì phổ kích thích còn liên quan tới không chỉ dao động tử của quá trình hấp thụ mà còn liên quan tới hiệu suất của quá trình chuyển mức về trạng thái cơ bản cũng như hiệu suất của quá trình phát bức xạ photon.

    Hình 2.1. Quy trình chế tạo vật liệu (Y,Gd)BO 3 :Eu 3+  bằng phương pháp sol- sol-gel.
    Hình 2.1. Quy trình chế tạo vật liệu (Y,Gd)BO 3 :Eu 3+ bằng phương pháp sol- sol-gel.