4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nƣớc
2.4.3. Phổ phát xạ của bột huỳnh quang SrS:Eu2+
Hình 2. 3. P ổ p át xạ của bột uỳn quan SrS:Eu2+ k ủ ở các n ệt độ k ác n au
Hình 2.13 là phổ phát xạ của bột huỳnh quang SrS:Eu2+ khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau từ 1000 o đến 1300 o
C. Nó cho phát xạ dải rộng gần nhƣ bao phủ toàn bộ vùng ánh sáng cam và đỏ từ ~580-700. Ngoài ra, ta còn thấy cƣờng độ phát xạ huỳnh quang tăng mạnh theo nhiệt độ nung. Tại nhiệt độ nung thiêu kết 1300 o
C cho một phát xạ mạnh nhất ứng với bƣớc sóng 612 nm. Nhƣ vậy, bằng cách phân tích phổ của các loại đèn hiện đang đƣợc bà con nông dân sử dụng trong chiếu sáng cho cây hoa cúc và trên cơ sở phân tích ảnh hƣởng của bƣớc sóng kích thích lên quá trình phát triển (kìm hãm hoặc kích thích ra hoa ở hoa cúc). húng tôi đã lựa chọn ba loại bột huỳnh quang khác nhau là Y2O3:Eu3+, MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ và SrS:Eu2+ và nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp của ba loại bột huỳnh quang này. ác kết
quả thử nghiệm chế tạo cho thấy vật liệu Y2O3:Eu3+ chế tạo đƣợc có cƣờng độ phát xạ rất mạnh trong vùng đỏ cực đại tại ~610 nm; trong khi bột MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ phát xạ trong vùng ánh sáng xanh lá cây ~543 nm, bột SrS:Eu2+ cho phát xạ dải rộng gần nhƣ bao phủ toàn bộ vùng ánh sáng cam và đỏ từ ~580-700. Với phổ phát xạ rộng nhƣ vậy, có thể dự đoạn việc sử dụng bột huỳnh quang SrS:Eu2+
bổ sung cho hai thành phần phát xạ đỏ và xanh lá cây có thể giúp làm tăng đáng kể hiệu suất phát quang trong vùng đỏ của đèn chuyên dụng cho hoa cúc.
C ươn 3. ỨNG DỤNG ÈN HUỲNH QUANG TRONG CHIẾU S NG NÔNG NGHIỆP
p dụn c o t ử n ệm ệu c ỉn đèn c ếu sán cho hoa cúc:
ó rất nhiều tình huống cần áp dụng phƣơng pháp pha trộn và tráng phủ bột để điều chỉnh thông số quang học của đèn, sao cho đạt đƣợc các tiêu chuẩn mong muốn. húng ta sẽ xem xét một ví dụ sau đây:
ể chế tạo đƣợc đèn huỳnh quang compact với nhiệt độ màu 6500K±300K, nhà sản xuất đã sử dụng hỗn hợp bột huỳnh quang 3 phổ pha sẵn mua của hãng GE, với nhiệt độ màu mặc định 6500K. Nhà sản xuất đã pha bột theo quy trình mô tả trên hình 3.1. ột huỳnh quang đƣợc trộn với polyme kết dính cùng với Al2O3 và chất khử bọt tạo thành dung dịch đồng nhất trƣớc khi tráng phủ lên đèn. ung dịch ipex đƣợc sử dụng nhƣ chất hoạt động bề mặt, nhằm phân tán đều Al2O3; Al2O3 đóng vai trò là chất kết dính và chất phản xạ tia UV, nhằm cách ly tia UV với ống đèn làm bằng thủy tinh. ộ dày của lớp bột huỳnh quang khoảng 10-12 µm. Sau khi phủ, ống đèn đƣợc đƣa vào lò ử nhằm sấy khử keo, rồi đƣa vào khâu vít miệng, rút khí và nạp khí trơ. Mẫu đèn compact sau khi chế tạo đƣợc chúng tôi đem đi đo quang thông, T và RI. Giá trị thu đƣợc lần lƣợt là: Quang thông 1082 lm; Hiệu suất quang 69 lm/W; ông suất điện: 18,5W; Nhiệt độ màu 6997K, Hệ số trả màu 81,8.
Hình 3.1. Quy trìn k uấ trộn bột uỳn quan ba p ổ v trán p ủ đèn
Tọa độ màu của mẫu đèn biểu diễn trên hình 3.2 có giá trị x=0,3035; y=0,338, ứng với nhiệt độ màu T=6997K, mặc dù bột huỳnh quang sử dụng để chế tạo ra đèn 6500K. Trên giản đồ IE 1931, tọa độ x-y bị lệch so với toạ độ 6500K (x=0,313; y=0,337) một khoảng vƣợt giới hạn cho phép là 5% (300K). Trên hình 3.2 là đồ thị biểu diễn vị trí của hai tọa độ với hình ellip chỉ ra giới hạn 3% và 4% biểu diễn trên giản đồ x-y 1931.
Hìn 3.2. Tọa độ m u t eo t ết kế của đèn compact trán bột 3 p ổ (c ấm o) v tọa độ m u của đèn đ c ế tạo (dấu +). Hìn ell p l ạn c o p ép
Nguyên nhân gây ra sự chênh lệch giữa thông số thiết kế (dựa theo các thông tin do nhà bán bột cung cấp) và thông số chế tạo là do sự khác biệt chất lƣợng của ống đèn phóng khí, cũng nhƣ độ dày của lớp bột phủ. Khi phủ lớp bột mỏng hơn độ dày mặc định, các vạch thủy ngân ở vùng khả kiến sẽ chui ra nhiều hơn, đồng thời vạch tử ngoại 254 nm có thể bị hấp thụ không hết, dẫn đến kết quả là đóng góp của vạch thủy ngân lớn lên. Nhiệt độ màu của các vạch thủy ngân khá cao (10000 K) làm tăng nhiệt độ màu của đèn huỳnh quang khi tráng mỏng, đồng thời làm giảm hệ số trả màu RI ( RI=81,8 trên hình 3.2). ể nâng cao chất lƣợng của loại đèn có tọa độ nhƣ trên hình 3.2, giải pháp cần áp dụng là tăng độ dày của lớp bột phủ, nhiệt độ màu sẽ giảm và RI sẽ tăng thêm. ƣơng nhiên, việc tăng độ dày của lớp phủ sẽ dẫn đến tăng chi phí cho bột huỳnh quang, cũng nhƣ khó khăn kỹ thuật do tính chất bám dính của lớp bọt sẽ giảm. Tuy nhiên, những mẫu thử tăng độ dày lớp phủ bột đã làm giảm T xuống còn 6755K, RI không thay đổi, hiệu suất quang tăng lên 72 lm/W (hình 3.3).
Hình 3.3. Tọa độ của đèn compact trán bột 3 p ổ (c ấm o) v tọa độ m u của đèn đ c ế tạo (dấu +) sau k tăn độ d của l p bột uỳn quan
ối với đèn cho cây hoa cúc, ba loại bột huỳnh quang mà chúng tôi đã lựa chọn là: Y2O3:Eu3+, CeMgAl11O19:(Ce3+,Tb3+) và SrS:Eu2+. Xuất phát từ bài toán thực tiễn là các 2700 K do bà con nông dân đang sử dụng có công suất từ 20-25 W, có cƣờng độ phát xạ trong các vùng đỏ (600-700 nm) ~1.4- 1.5W; vùng xanh da trời (400-500 nm) ~0.5-0.6 W; vùng xanh lá cây (500- 600 nm)~1.4-1.45 W. Nhằm tăng cƣờng phát xạ chúng tôi đã tiến hành bổ sung các thành phần phát xạ đỏ sử dụng quy trình sơ đồ hình 3.1. Kết quả tính toán các thông số phổ phát xạ của các mẫu thử đƣợc trình bày trên bảng 3.1
Bản 3.1. Kết quả t ử n ệm ệu c ỉn sáu m u đèn t ử n ệm c o oa cúc (m HC1-HC6) tr n các đèn compact 20W.
Kết quả cho thấy bằng quy trình này chúng tôi đã có thể chủ động điều chỉnh đƣợc các thông số quang học (phổ phát xạ) của đèn trong đó công suất phát xạ trong vùng đỏ nằm trong khoảng từ 1.64-2.09 W; công suất phát xạ vùng green từ 0.43-1.08W và công suất vùng xanh da trời từ 0.24-0.43 W. Tƣơng tự, công suất phát xạ vùng đỏ xa và tỷ lệ R/Fr cũng có thể đƣợc điều chỉnh 7.14-12.28 lần.
ối với cây hoa cúc, để đảm bảo sự phát triển của cây đạt độ cao nhất định, cây cần đƣợc chiếu sáng bổ xung vào ban đêm để kìm hãm sự ra hoa. Hình 3.4 mô tả tác động của ánh sáng với các bƣớc sóng khác nhau lên chất
cảm quang Phytochrome của thực vật. Trên cơ sở nguyên lý hình 3.4, chúng ta hoàn toàn có thể điều khiển sự ra hoa của cây trồng bằng tác động của chiếu sáng nhân tạo (đỏ và đỏ xa) lên chất cảm quang Phytochrome.
Hìn 3.4. Sơ đồ mô tả tác độn của án sán l n c ất cảm quan P toc rome
Nhƣ vậy, các loại đèn có phổ phát xạ phủ hợp cho cây hoa cúc là đèn có tỷ lệ R/Fr cao, có nghĩa là có cƣờng độ phát xạ trong vùng đỏ lớn và ngƣợc lại có cƣờng độ phát xạ trong vùng đỏ xa nhỏ. Từ bảng 3.1, có thể nhận thấy đèn H 4 có cƣờng độ phát xạ trong vùng đỏ đạt trung bình ~2.05 W, cao hơn 25% so với đèn chiếu sáng thông thƣờng (đèn 23W 2700 K của Philips có công suất ~1.6W), và tỷ lệ R/Fr ~11.34 (so với ~10 của đèn chiếu sáng thông thƣờng). ây có thể đƣợc xem là mẫu đèn phù hợp nhất cho chiếu sáng cho hoa cúc và đã đƣợc lựa chọn để chế tạo hàng loại cho thử nghiệm trong thực tế. Hình 3.5. Phổ phát xạ của đèn thử nghiệm cho hoa cúc H 4.
Hìn 3.5. P ổ p át xạ của đèn t ử n ệm c o oa cúc HC4
Vì vậy, qua những kết quả khảo sát lý thuyết và thực nghiệm, chúng tôi đã rút ra đƣợc quy luật thay đổi T và RI và công suất phát xạ theo từng vùng bƣớc sóng của đèn huỳnh quang compact phủ các loại bột chuyên dụng cho hoa cúc theo các tỷ lệ khác nhau. Qua đó đã có thể chủ động điểu chỉnh các thông số của đèn theo hƣớng tăng cƣờng độ phát xạ trong vùng đỏ (R), giảm cƣờng độ phát xạ trong các vùng xanh lá cây, xanh ra trời và đỏ xa để có thể chế tạo đƣợc các mẫu đèn phù hợp nhất cho thử nghiệm chiếu sáng cây hoa cúc. Trên hình 3.6. Một số mẫu đèn chuyên dụng cho cây hoa cúc nhận đƣợc sau khi hiệu chỉnh phổ phát xạ.
Hình 3.6. Một s m u đèn c u n dụn c o câ oa cúc n ận được sau k ệu c ỉn p ổ p át xạ
KẾT LUẬN
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã đƣợc trình bày trong 3chƣơng của luận văn, sau gần 2năm nghiên cứu (10/2017-2019), so sánh với các mục tiêu và nội dung nghiên cứu đã đặt ra ban đầu cho luận văn, chúng tôi tự đánh giá các kết quả chính đã đạt đƣợc của luận văn nhƣ sau:
1. Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết và phương pháp chế tạo một số loại bột huỳnh quang sử dụng trong chiếu sáng nông nghiệp.
2. Nghiên cứu các phương pháp pha trộn vật liệu huỳnh quang
- ƣa ra các cơ sở về phƣơng pháp pha trộn các bột huỳnh quang để thu đƣợc các ánh sáng có phổ mong muốn.
- Tiến hành các phép đo huỳnh quang và phân tích phổ huỳnh quang của các mẫu chế tạo đƣợc.
3. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của chiếu sáng nông nghiệp sử dụng đèn huỳnh quang
- Tiến hành phủ các bột huỳnh quang lên các đèn compact để sử dụng trong chiếu sáng nông nghiệp.
- Tiến hành nghiên cứu và đánh giá hiệu quả của việc chiếu sáng sử dụng đèn huỳnh quang lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây hoa cúc.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Hồ, Vật lí bán dẫn, Nhà xuất bản kĩ thuật, 2008.
[2] N.V. Quang, N. Tƣ, P.T.L. Hƣơng, T.T.H. Tâm, N.L. Thi, N.T. Tuấn, .Q. Trung, L.T.T. Viễn, N. . Hùng, P.T. Huy. (2017). Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ pha tạp Eu3+đến tính chất quang của vật liêu AlPO4:Eu3+ chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa. pp. 613–616, , SPMS 2017.
[3] Phạm Thị Liên, Nguyễn Thanh Hƣờng, Lê Quốc Minh.(2017). Nghiên cứu tổng hợp và các tính chất của dây nano phát quang chứa đất hiếm GdPO4pha tạp Eu3+.
pp. 698–701, SPMS 2017.
[4] Hồ Văn Tuyến, Nguyễn Mạnh Sơn, Nguyễn Thị Thái An.(2017). Số vị trí chiếm chỗ của Eu3+
trong vật liệu phát quang Borate Sr3B2O6 và Ba2CaB2O6 tổng hợp bằng phương pháp nổ. pp. 217–221, SPMS 2017.
[5] N. T. K. Lien et al.,( 2017) “Influence of Annealing Temperature and Gd and Eu Concentrations on Structure and Luminescence Properties of (Y,Gd)BO3:Eu3+ Phosphors Prepared by Sol–Gel Method,”J. Electron. Mater., vol. 46, no. 6, pp. 3–8, 2017.
[6]Takesue, M., H. Hayashi, and R. L. Smith, “Thermal and chemical methods for producing zinc silicate (willemite): A review,” Prog. Cryst. Growth Charact. Mater., vol. 55, no. 3–4, pp. 98–124, 2009.
[7] Higuchi, Y., Narumon, T., Oda, A., Nakano, Y., Sumitomo, K., Fukai, S., & Hisamatsu, T. (2013). The gated induction system of a systemic floral inhibitor, antiflorigen, determines obligate short-day flowering in
chrysanthemums. Proceedings of the National Academy of
[8]Jeong, S. W., Park, S., Jin, J. S., Seo, O. N., Kim, G. S., Kim, Y. H., ... &Shin, S. C. (2012). Influences of four different light-emitting diode lights on flowering and polyphenol variations in the leaves of chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium). Journal of agricultural
and food chemistry, 60(39), 9793-9800.
[9] Mortensen, L. M. (2000). Effects of air humidity on growth, flowering, keeping quality and water relations of four short-day greenhouse species. Scientia horticulturae, 86(4), 299-310.
[10] Chongfeng Guo, Dexiu Huang, Qiang Su, Materials Science and Engineering B, 130, 189-193 (2006).