Chế tạo và ứng dụng bột huỳnh quang phát xạ đỏ Gd3Al5O12 pha tạp Eu3+, Mn4+, Cr3+ trong đèn LED chiếu sáng cây trồng
MỤC LỤC
Mục đích nghiên cứu
Đề tài này đặt ra các mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau:. phát xạ đỏ bằng phương pháp phản ứng pha rắn. 2) Khảo sát tối ưu hóa các điều kiện công nghệ chế tạo và đo đạc các tính chất cấu trúc cũng như tính chất quang của vật liệu chế tạo được. 3) Đánh giá khả năng ứng dụng của từng loại bột huỳnh quang (vật liệu GAG pha tạp các ion Mn4+, Eu3+, Cr3+) trong chế tạo đèn LED chuyên dụng trong chiếu sáng nông nghiệp sử dụng các nguồn kích thích NUV hoặc ánh sáng xanh lam.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đặc biệt, trong lĩnh vực nông nghiệp, vật liệu phát quang đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các loại đèn LED chuyên dụng, đó là các loại đèn chiếu sáng có hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường và đặc biệt tương thích với phổ hấp thụ diệp lục của cây trồng. Do đó hướng nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn cao, kết quả đạt được giúp có cái nhìn sâu sắc hơn về các hệ vật liệu pha tạp các ion Mn4+, Eu3+, Cr3+ dựa trên mạng nền GAG (Gd3Al5O12) cũng như tính chất quang của chúng. Vật liệu đất hiếm pha tạp nói chung và các hệ vật liệu pha tạp các ion Mn4+, Eu3+, Cr3+ dựa trên mạng nền GAG (Gd3Al5O12) nói riêng, đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các linh kiện quang tử với giá thành rẻ hơn có khả năng ứng dụng trong chế tạo đèn LED chuyên dụng cho nông nghiệp.
Kết quả của đề tài cũng sẽ góp phần giúp cho việc tổng hợp thực nghiệm được tốt hơn, hiệu quả hơn. Kết quả đạt được hy vọng làm phong phú thêm dữ liệu khoa học về vật liệu các loại bột huỳnh quang pha tạp đất hiếm cùng bột huỳnh quang pha tạp kim loại chuyển tiếp, đặc biệt là vật liệu liên quan đến mạng nền mới GAG (Gd3Al5O12). Các phân tích trên cho thấy hướng nghiên cứu của đề tài hội đủ cả ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chế tạo vật liệu bột huỳnh quang phát xạ đỏ bằng phương pháp phản ứng pha rắn
➢ Bước 3: Khi thời gian nung tiêu chuẩn kết thúc, để nguyên hệ cho nhiệt hạ tự nhiên xuống nhiệt độ phòng rồi tắt lò.
Các phương pháp phân tích
- Phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu 1. Cấu tạo thiết bị
Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS): Để xác định sự có mặt của các nguyên tố trong mẫu nghiên cứu người ta sử dụng thiết bị phân tích EDS (Energy Dispersive X-ray spectroscopy). Các điện tử này sẽ bắn phá vào các nguyên tố trên bề mặt mẫu, các điện tử thuộc lớp ngoài cùng trên bề mặt mẫu bị bật ra khỏi mẫu. Các điện tử nằm sâu hơn bên trong có mức năng lượng cao hơn sẽ nhanh chóng chiếm các vị trí trống mà các điện tử bật ra ngoài để lại.
Công thức xác định bước sóng của bức xạ phát ra = hc/E trong đó E là năng lượng của photon bức xạ phát ra. Một detector thu nhận các bức xạ này và chuyển thành các tín hiệu điện để phân tích và so sánh với bảng các nguyên tố chuẩn và cho biết trong mẫu có mặt của những nguyên tố nào. Quan sát ảnh phổ EDS ta có thể đánh giá được hàm lượng tỷ đối của các nguyên tố có mặt trong mẫu dựa vào độ mạnh yếu khác nhau của các vạch phổ.
Thiết bị FESEM-JEOL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM và EDS tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST)- Đại học Bách khoa Hà Nội. Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction-XRD) là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện tử và nguyên tử.
Do đó, nghiên cứu cấu trúc tinh thể là một phương pháp cơ bản nhất để nghiên cứu cấu trúc vật chất. Tinh thể được cấu tạo bởi các nguyên tử sắp xếp tuần hoàn, liên tục có thể xem là cách tử nhiễu xạ tự nhiên ba chiều, có khoảng cách giữa các khe cùng bậc với bước sóng tia X. Các tia X bị tán xạ giao thoa với nhau tạo nên các vân giao thoa có cường độ thay đổi theo .
Theo phương phản xạ gương sẽ có chùm tia nhiễu xạ song song, các tia này sẽ giao thoa nhau. Nếu điều kiện Vulf – Bragg được thoả mãn, thì các tia nhiễu xạ sẽ tăng cường lẫn nhau và có cực đại nhiễu xạ. Các phương pháp đo phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE) đã được sử dụng để nghiên cứu tính chất quang của vật liệu được thực hiện trên thiết bị Nanolog, Horiba Jobin Yvon, nguồn kích thích là đèn Xenon công suất 450 W có bước sóng từ 250 ÷ 800 nm, tại viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (Hình 2.6).
