Luận án tiến sĩ nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền germanat và silicat garnet ứng dụng cho led

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu vật liệu huỳnh quang germanat, silicat garnet cho LED. Chế tạo, khảo sát tính chất quang, ứng dụng tiềm năng.

• Tác giả: Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Đức Trung Kiên
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Học Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Và Tính Chất Của Một Số Vật Liệu Huỳnh Quang Mạng Nền Germanat Và Silicat Garnet Ứng Dụng Cho Led
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU HUỲNH QUANG
• 2.1. Tổng quan về các bột huỳnh quang
• 2.2. Bột huỳnh quang phát xạ vùng ánh sáng đỏ
• 2.3. Bột huỳnh quang phát xạ vùng ánh sáng vàng
• 2.4. Bột huỳnh quang phát xạ vùng ánh sáng xanh lá cây
• 2.5. Bột huỳnh quang trắng
• 2.6. Tổng quan các nghiên cứu của các màng nền ZGO, SYGO và CSSO
• 2.7. Lý thuyết sử dụng
• 2.7.1. Đối với ion kim loại chuyển tiếp
• 2.7.2. Đối với ion kim loại đất hiếm
• 2.8. Vai trò của các ion kim loại đất hiếm trong bột huỳnh quang cho LED
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM VÀ CÁC PHÉP PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
• 3.1. Quy trình tổng hợp các vật liệu
• 3.2. Vật liệu ZGO pha tạp Mn2+ và ZGO pha tạp Eu3+
• 3.3. Vật liệu SYGO pha tạp Mn2+ và SYGO pha tạp Eu3+
• 3.4. Vật liệu CSSO pha tạp Ce3+
• 3.5. Quy trình phát huỳnh quang lên chip LED
• 3.6. Các phương pháp khảo sát tính chất vật liệu
• 3.6.1. Phương pháp khảo sát hình thái bề mặt và kích thước hạt
• 3.6.2. Phương pháp khảo sát thành phần các nguyên tố hóa học
• 3.6.3. Phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể và thành phần pha
• 3.6.4. Phương pháp khảo sát tính chất quang
• 3.6.5. Phương pháp khảo sát phát thải thời gian sống
• 3.6.6. Phương pháp thử nghiệm trên chip LED
• 3.7. Các công thức sử dụng để phân tích cấu trúc và tính chất quang của vật liệu
• 3.7.1. Phương pháp Rietveld
• 3.7.2. Khoảng cách tải hạt
• 3.7.3. Giá trị chênh lệch bán kính ion cho phép khi pha tạp
• 3.7.4. Giá trị thời gian sống
• 3.7.5. Tham số Racah
• 3.7.6. Hiệu suất lượng tử
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ZGO:Mn2+ VÀ SYGO:Mn2+
• 4.1. Kết quả nghiên cứu cấu trúc và tính chất của các vật liệu
• 4.2. Vật liệu ZGO: Mn2+
• 4.2.1. Khảo sát cấu trúc và hình thái của vật liệu ZGO: Mn2+
• 4.2.2. Khảo sát tính chất quang của vật liệu ZGO: Mn2+
• 4.2.3. Giản đồ T-S và thử nghiệm chế tạo LED
• 4.3. Vật liệu SYGO: Mn2+
• 4.3.1. Khảo sát cấu trúc và hình thái của vật liệu SYGO: Mn2+
• 4.3.2. Khảo sát tính phát quang
• 4.3.3. Giản đồ T-S và thử nghiệm chế tạo LED
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ZGO:Eu3+ VÀ SYGO:Eu3+
• 5.1. Kết quả nghiên cứu cấu trúc và tính chất của các vật liệu
• 5.2. Vật liệu ZGO: Eu3+
• 5.2.1. Khảo sát cấu trúc và hình thái của vật liệu ZGO: Eu3+
• 5.2.2. Tính chất quang của ion Eu3+ pha tạp trong tinh thể ZGO
• 5.2.3. Kết quả tính toán J–O
• 5.3. Vật liệu SYGO: Eu3+
• 5.3.1. Khảo sát cấu trúc và hình thái của vật liệu SYGO: Eu3+
• 5.3.2. Tính chất quang của vật liệu SYGO: Eu3+
• 5.3.3. Kết quả tính toán J-O
• 6. CHƯƠNG 6: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CSSO PHA TẠP Ce3+
• 6.1. Kết quả nghiên cứu chế tạo và tính chất của vật liệu CSSG, ứng dụng chế tạo WLED
• 6.2. Khảo sát cấu trúc và hình thái của vật liệu CSSG
• 6.2.1. Cấu trúc tinh thể
• 6.2.2. Hình thái và thành phần nguyên tố trong mẫu CSSG
• 6.2.3. Tính chất quang
• 7. KẾT LUẬN CHUNG
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Vật Liệu Huỳnh Quang và Ứng Dụng LED

Trong những năm gần đây, sự quan tâm đến các vật liệu phát sáng kích thước nano đã tăng lên đáng kể, với ứng dụng rộng rãi trong chiếu sáng, y sinh và kỹ thuật truyền thông. Điốt phát quang (LED) nổi lên như một xu hướng chiếu sáng chủ đạo, vượt trội so với đèn truyền thống nhờ hiệu quả năng lượng, tỏa nhiệt thấp và tuổi thọ cao hơn. Điều này giúp giảm chi phí điện năng và bảo trì. Đáng chú ý, đèn LED không chứa các chất độc hại như thủy ngân, giảm tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Do đó, đèn LED đang trở thành giải pháp chiếu sáng phổ biến. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và đặc trưng của vật liệu huỳnh quang mới, hứa hẹn cải thiện hiệu suất và tính ứng dụng của LED.

1.1. Ưu điểm vượt trội của đèn LED so với công nghệ cũ

Đèn LED tiêu thụ năng lượng ít hơn, tỏa nhiệt ít hơn và có tuổi thọ cao hơn so với đèn huỳnh quang và đèn sợi đốt. Theo [5][6][7], điều này giúp giảm đáng kể chi phí điện năng và chi phí bảo trì. Hơn nữa, đèn LED không chứa các chất độc hại, góp phần bảo vệ môi trường. Những ưu điểm này làm cho đèn LED trở thành một lựa chọn bền vững và hiệu quả.

1.2. Giới thiệu về ứng dụng Vật Liệu Huỳnh Quang trong LED

Vật liệu huỳnh quang đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định loại chip LED nào được sử dụng để kích thích và ánh sáng phát ra của LED. Bài viết đề cập đến việc vật liệu huỳnh quang YAG:Ce3+ phủ trên chip LED xanh lam có chỉ số hoàn màu thấp (CRI<80) và nhiệt độ màu tương quan cao (CCT>7000 K) do thiếu thành phần quang phổ màu đỏ và cyan [9][10]. Đồng thời, nhấn mạnh vào 2 phương pháp chế tạo WLED phổ biến hiện nay.

II. Thách Thức Chế Tạo LED Phát Sáng Trắng Hiệu Suất Cao

Mặc dù LED đã đạt được nhiều tiến bộ, nhưng vẫn còn những thách thức đáng kể trong việc chế tạo LED phát sáng trắng (WLED) với hiệu suất cao, chỉ số hoàn màu tốt và nhiệt độ màu tương quan phù hợp. Các phương pháp hiện tại thường gặp phải các vấn đề như thiếu hụt thành phần quang phổ màu đỏ và cyan, ảnh hưởng tiêu cực đến nhịp sinh học của con người. Do đó, cần có những nghiên cứu sâu rộng hơn để phát triển các vật liệu huỳnh quang mới, có khả năng khắc phục những hạn chế này và mang lại ánh sáng chất lượng cao, thân thiện với người dùng. Ánh sáng lấy con người làm trung tâm (HCL) hiện nay đang thu hút được sự quan tâm lớn của các nhà khoa học.

2.1. Các Vấn Đề Tồn Tại trong Chế Tạo WLED Hiện Nay

WLED vẫn còn tồn đọng các vấn đề thách thức như CCT cao, CRI thấp và hiệu suất quang (LER) thấp. Theo [9], cách tiếp cận phổ biến là phủ bột huỳnh quang lên chip LED. Điều này cho thấy vai trò quan trọng của bột huỳnh quang trong việc quyết định loại chip LED nào được sử dụng và ánh sáng phát ra.

2.2. Tầm quan trọng của việc phát triển Vật Liệu Huỳnh Quang mới

Việc phát triển vật liệu huỳnh quang mới là cần thiết để giải quyết các vấn đề tồn tại trong WLED hiện nay. Các vật liệu mới cần có khả năng phát ra ánh sáng với quang phổ đầy đủ hơn, cải thiện chỉ số hoàn màu và hiệu suất, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe con người.

2.3. Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm HCL trong bối cảnh mới

Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (HCL) giúp hỗ trợ sức khỏe, trạng thái và hiệu suất của con người thông qua sự cân bằng giữa các thông số về ánh sáng nhân tạo, ánh sáng ban ngày tự nhiên và công nghệ tạo ra ánh sáng, phù hợp theo từng thời điểm cho mọi nhu cầu sử dụng.

III. Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Huỳnh Quang Mạng Nền Germanat

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và đặc trưng của các vật liệu huỳnh quang mới dựa trên mạng nền germanat (ZGO, SYGO) và silicat garnet (CSSO), pha tạp với các ion kim loại chuyển tiếp (Mn2+) hoặc ion đất hiếm (Eu3+, Ce3+). Mục tiêu là cải thiện tính chất phát quang và khả năng ứng dụng trong LED. Các phương pháp tổng hợp khác nhau được sử dụng, bao gồm thủy nhiệt và sol-gel, để tạo ra các vật liệu có cấu trúc và hình thái học được kiểm soát chặt chẽ. Kỹ thuật tinh chỉnh Rietveld được sử dụng để phân tích chính xác cấu trúc tinh thể và vị trí của các ion pha tạp trong mạng nền. Giản đồ Tanabe-Sugano (T-S) và lý thuyết Judd-Ofelt (J-O) được sử dụng để phân tích tính chất quang học và xác định vị trí của các ion tạp chất.

3.1. Tổng hợp Vật Liệu Germanat và Silicat Garnet Pha Tạp

Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp các vật liệu huỳnh quang có cấu trúc đơn pha: (i) ZGO và SYGO pha tạp Mn2+; (ii) ZGO và SYGO pha tạp Eu3+; và (iii) vật liệu CSSO pha tạp Ce3+. Các phương pháp tổng hợp được lựa chọn để kiểm soát cấu trúc và hình thái học của vật liệu.

3.2. Phân Tích Cấu Trúc Tinh Thể bằng Kỹ Thuật Rietveld

Kỹ thuật tinh chỉnh Rietveld được sử dụng để phân tích chính xác cấu trúc tinh thể của vật liệu. Điều này cho phép xác định vị trí của các ion pha tạp trong mạng nền và hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất phát quang.

3.3. Sử Dụng Lý Thuyết T S và J O để Phân Tích Tính Chất Quang

Giản đồ Tanabe-Sugano (T-S) và lý thuyết Judd-Ofelt (J-O) được sử dụng để phân tích tính chất quang học của vật liệu. Điều này giúp xác định trường tinh thể của Mn2+ trong mạng nền và hiểu rõ hơn về cơ chế phát sáng của các ion đất hiếm Eu3+ và Ce3+.

IV. Nghiên Cứu Tính Chất Vật Liệu Huỳnh Quang và Ứng Dụng LED

Nghiên cứu này cũng tập trung vào việc khảo sát và phân tích các tính chất của vật liệu huỳnh quang như cấu trúc, hình thái học, quang phổ phát xạ và thời gian sống. Các kết quả nghiên cứu được sử dụng để xác định các thông số tối ưu cho việc chế tạo LED. Đặc biệt, nghiên cứu này đã chế tạo thử nghiệm LED bằng cách phủ vật liệu huỳnh quang lên chip LED UV (270 nm) và đánh giá các thông số quang học quan trọng như CRI, CCT và LER. Từ đó kiểm tra khả năng ứng dụng của vật liệu nhận được bằng cách phủ vật liệu lên chip LED UV (270 nm) để khảo sát các thông số quang.

4.1. Khảo Sát Cấu Trúc và Hình Thái Học Vật Liệu

Các phương pháp khảo sát hình thái bề mặt và kích thước hạt, khảo sát thành phần các nguyên tố hóa học, khảo sát cấu trúc tinh thể và thành phần pha, khảo sát tính chất quang đều được sử dụng. Bảng thống kê danh mục viết tắt được nêu rõ ràng ở đầu tài liệu.

4.2. Đánh Giá Các Thông Số Quang Học Quan Trọng

Các thông số quang học quan trọng như quang phổ phát xạ, thời gian sống, hiệu suất lượng tử, chỉ số hoàn màu (CRI), nhiệt độ màu tương quan (CCT) và hiệu suất phát sáng (LER) được đánh giá để xác định tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong LED.

4.3. Chế Tạo Thử Nghiệm LED và Đánh Giá Hiệu Suất

Nghiên cứu đã chế tạo thử nghiệm LED bằng cách phủ vật liệu huỳnh quang lên chip LED UV và đánh giá hiệu suất của chúng. Điều này cho phép xác định các thông số tối ưu cho việc chế tạo LED với hiệu suất cao và chất lượng ánh sáng tốt.

V. Kết quả Nghiên Cứu Mạng Nền Germanat Pha Tạp Mn2 và Eu3

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc chế tạo và đặc trưng vật liệu huỳnh quang ZGO:Mn2+, SYGO:Mn2+, ZGO:Eu3+, SYGO:Eu3+. Cụ thể, cấu trúc tinh thể, hình thái học và tính chất quang học của các vật liệu này đã được phân tích chi tiết. Nghiên cứu cũng đã xác định ảnh hưởng của nồng độ pha tạp đến tính chất của vật liệu. Quan trọng hơn, nghiên cứu đã sử dụng giản đồ T-S và lý thuyết J-O để xác định vị trí của các ion pha tạp trong mạng nền, cung cấp bằng chứng khoa học vững chắc.

5.1. Đặc Trưng Vật Liệu ZGO Mn2 và SYGO Mn2

Nghiên cứu đã khảo sát cấu trúc và hình thái của vật liệu ZGO: Mn2+ bằng các phương pháp như XRD và FESEM. Tính chất quang của vật liệu cũng được nghiên cứu chi tiết. Kết quả thu được cung cấp thông tin quan trọng về ảnh hưởng của Mn2+ đến tính chất của mạng nền germanat.

5.2. Phân Tích Vật Liệu ZGO Eu3 và SYGO Eu3 bằng Lý Thuyết J O

Nghiên cứu đã sử dụng lý thuyết Judd-Ofelt (J-O) để phân tích tính chất quang của vật liệu ZGO:Eu3+ và SYGO:Eu3+. Kết quả tính toán J-O cung cấp thông tin quan trọng về môi trường xung quanh ion Eu3+ và cơ chế phát sáng của nó.

VI. Kết luận và Hướng Phát Triển Vật Liệu Huỳnh Quang cho LED

Nghiên cứu này đã thành công trong việc chế tạo và đặc trưng một số vật liệu huỳnh quang mới dựa trên mạng nền germanat và silicat garnet, pha tạp với các ion kim loại chuyển tiếp và đất hiếm. Các kết quả nghiên cứu cung cấp những hiểu biết sâu sắc về mối quan hệ giữa cấu trúc, tính chất và hiệu suất phát quang. Trong tương lai, cần có những nghiên cứu sâu rộng hơn để tối ưu hóa các vật liệu huỳnh quang này và phát triển các ứng dụng LED hiệu quả hơn. Nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới cho việc thiết kế vật liệu huỳnh quang cho chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (HCL).

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công các vật liệu có cấu trúc đơn pha, khảo sát và phân tích cấu trúc và tính chất quang của các vật liệu. Đồng thời, đã thử nghiệm chế tạo LED, cung cấp một nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo.

6.2. Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển Trong Tương Lai

Các hướng nghiên cứu trong tương lai bao gồm tối ưu hóa quy trình tổng hợp, cải thiện hiệu suất phát quang, khám phá các ion pha tạp mới và phát triển các ứng dụng LED cho chiếu sáng HCL. Cần có sự hợp tác giữa các nhà khoa học và các nhà sản xuất để đưa các vật liệu huỳnh quang mới vào ứng dụng thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Đ¾I HÞC BÁCH KHOA HÀ NÞI NGUYàN MAI CAO HOÀNG PH¯¡NG LAN NGHIÊN CĄU CH¾ T¾O VÀ TÍNH CHÀT CĂA MÞT SÞ VÀT LIâU HUþNH QUANG M¾NG NÀN GERMANAT VÀ SILICAT GARNET ĄNG DĀNG CHO LED LUÂN ÁN TIÂN S) KHOA HâC VÂT LIàU Hà Nái – 2024 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Đ¾I HÞC BÁCH KHOA HÀ NÞI NGUYàN MAI CAO HOÀNG PH¯¡NG LAN NGHIÊN CĄU CH¾ T¾O VÀ TÍNH CHÀT CĂA MÞT SÞ VÀT LIâU HUþNH QUANG M¾NG NÀN GERMANAT VÀ SILICAT GARNET ĄNG DĀNG CHO LED Ngành: Khoa hãc vÃt liáu Mã số: 9440122 LUÀN ÁN TI¾N S) KHOA HÞC VÀT LIâU NG¯äI H¯âNG DÀN KHOA HâC: 1. Nguyßn Đąc Trung Kiên 2. Cao Xuân ThÅng Hà Nái – 2024 LàI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tÃt cÁ các nái dung trong luÃn án <Nghiên cąu ch¿ t¿o và tính chÁt căa mßt sß vÁt liãu huÿnh quang m¿ng nÁn Germanat và Silicat garnet ąng dāng cho LED= là công trình nghiên cąu căa riêng tôi. Các thăc nghiám đ°ÿc tiÃn hành mát cách nghiêm túc, c¿n thÃn và khoa hãc.

Các số liáu và kÃt quÁ nghiên cąu đ¿t đ°ÿc trong luÃn án là hoàn toàn trung thăc, khách quan và ch°a từng đ°ÿc công bố trong bÃt kỳ công trình nghiên cąu căa tác giÁ hoặc tài liáu khoa hãc nào khác. Viác tham khÁo các tài liáu đã đ°ÿc trích dÁn theo đúng quy đánh. Hà Nái, ngày 21 tháng 03 năm 2024 TÁp thß h°ớng d¿n Nghiên cąu sinh TS. Nguyán Đąc Trung Kiên TS.

Cao Xuân Thắng Nguyán Mai Cao Hoàng Ph°¢ng Lan Đ¾I HÞC BÁCH KHOA HÀ NÞI TL. GIÁM ĐÞC TR¯àNG BAN ĐÀO T¾O i LàI CÀM ¡N ĐÅu tiên vãi să kính trãng nhÃt, tôi xin bày tỏ låi cÁm ¢n chân thành và sâu sÅc nhÃt, đÃn hai thÅy TS. Nguyßn Đąc Trung Kiên và TS. Cao Xuân ThÅng.

Ng°åi đã trăc tiÃp chß bÁo, h°ãng dÁn, đánh h°ãng khoa hãc mát cách tÃn tình trong suốt quá trình nghiên cąu. CÁm ¢n hai thÅy đã dành nhißu thåi gian, tâm huyÃt, quan tâm, đáng viên, hß trÿ, và giúp đỡ vß mãi mặt đá tôi hoàn thành luÃn án này. Tôi trân trãng gÿi låi cÁm ¢n đÃn PGS. Đào Xuân Viát, thÅy đã giúp đỡ tÃn tình, tß mß, chi tiÃt vß mặt khoa hãc, giÁi quyÃt các vÃn đß v°ãng mÅc và đánh h°ãng nghiên cąu cho đß tài luÃn án căa tôi.

Tôi cũng trân trãng cÁm ¢n đÃn TS. Lê Thá ThÁo Vißn, TS. Ph¿m Văn HuÃn và TS.TrÅn Quốc Hoàn, đã đáng viên và khích lá tinh thÅn đá tôi có đáng lăc hoàn thián luÃn án. Tôi cũng xin gÿi låi cÁm ¢n chân thành đÃn tÃt cÁ các thÅy cô căa Vián Đào t¿o vß Khoa hãc vÃt liáu (ITIMS), đã t¿o đißu kián giúp đỡ vß c¢ sç nghiên cąu, trang thiÃt bá, hóa chÃt làm thăc nghiám, đo đ¿c, nhÅc nhç đá hoàn thành các yêu cÅu đúng h¿n trong suốt quá trình làm NCS t¿i Vián.

Chân thành cÁm ¢n să quan tâm, giúp đỡ, đáng viên căa các anh chá NCS-HVCH, cùng các b¿n SV đang hãc tÃp và tham gia nghiên cąu t¿i Vián. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biÃt ¢n sâu sÅc nhÃt đÃn cha mẹ và các anh chá trong gia đình đã luôn ç bên tôi nhāng lúc khó khăn. Nhāng ng°åi đã luôn quan tâm, hß trÿ vß tài chính cũng nh° cá vũ, đáng viên vß mặt tinh thÅn, giúp tôi có thá vāng tâm trong suốt thåi gian làm NCS. Mặc dù đã cố gÅng hÃt sąc đá làm quyán luÃn án tốt nhÃt, nh°ng chÅc chÅn không thá tránh khỏi nhāng thiÃu sót, kính mong nhÃn đ°ÿc să đóng góp ý kiÃn từ quý thÅy cô, anh chá và b¿n đãc.

Tác giÁ Nguyán Mai Cao Hoàng Ph°¢ng Lan ii MĀC LĀC Trang LäI CAM ĐOAN. iii DANH MĀC CÁC CHĀ VIÂT TÄT VÀ KÝ HIàU. vii DANH MĀC CÁC HÌNH VÀ. ix DANH MĀC CÁC BÀNG BIàU.

Lý do chãn đß tài. Ph°¢ng pháp nghiên cąu. Ý ngh*a khoa hãc và thăc tißn. Táng quan vß các bát huỳnh quang.

Bát huỳnh quang phát x¿ vùng ánh sáng đỏ. Bát huỳnh quang phát x¿ vùng ánh sáng vàng. Bát huỳnh quang phát x¿ vùng ánh sáng xanh lá cây. Bát huỳnh quang trÅng.

Táng quan các nghiên cąu căa các m¿ng nßn ZGO, SYGO và CSSO. Lý thuyÃt sÿ dāng. Đối vãi ion kim lo¿i chuyán tiÃp. Đối vãi ion kim lo¿i đÃt hiÃm.

Vai trò căa các ion kim lo¿i đÃt hiÃm trong bát huỳnh quang cho LED33 1. KÃt luÃn ch°¢ng 1. PH¯¡NG PHÁP THĂC NGHIàM VÀ CÁC PHÉP PHÂN TÍCH TÍNH CHÂT CĂA VÂT LIàU. Quy trình táng hÿp các vÃt liáu.

VÃt liáu ZGO pha t¿p Mn2+ và ZGO pha t¿p Eu3+. VÃt liáu SYGO pha t¿p Mn2+ và SYGO pha t¿p Eu3+. VÃt liáu CSSO pha t¿p Ce3+. Quy trình phă bát huỳnh quang lên chip LED.

Các ph°¢ng pháp khÁo sát tính chÃt vÃt liáu. Ph°¢ng pháp khÁo sát hình thái bß mặt và kích th°ãc h¿t. Ph°¢ng pháp khÁo sát thành phÅn các nguyên tố hóa hãc. Ph°¢ng pháp khÁo sát cÃu trúc tinh thá và thành phÅn pha.

Ph°¢ng pháp khÁo sát tính chÃt quang. Ph°¢ng pháp khÁo sát phá thåi gian sống. Ph°¢ng pháp thÿ nghiám trên chip LED. Các công thąc sÿ dāng đá phân tích cÃu trúc và tính chÃt quang căa vÃt liáu.

Ph°¢ng pháp Rietveld. KhoÁng cách tãi h¿n. Giá trá chênh lách bán kính ion cho phép khi pha t¿p. Giá trá thåi gian sống.

Tham số Racah. Hiáu suÃt l°ÿng tÿ. KÃt luÃn ch°¢ng 2. NGHIÊN CĄU CÂU TRÚC VÀ TÍNH CHÂT CĂA VÂT LIàU ZGO:Mn2+ VÀ SYGO:Mn2+.

KÃt quÁ nghiên cąu cÃu trúc và tính chÃt căa các vÃt liáu. VÃt liáu ZGO: Mn2+. KhÁo sát cÃu trúc và hình thái căa vÃt liáu ZGO: Mn2+. KhÁo sát tính chÃt quang căa vÃt liáu ZGO: Mn2+.

GiÁn đß T-S và thÿ nghiám chà t¿o LED. VÃt liáu SYGO: Mn2+. KhÁo sát cÃu trúc và hình thái căa vÃt liáu SYGO: Mn2+. KhÁo sát tính phát quang.

GiÁn đß T-S và thÿ nghiám chà t¿o LED. KÃt luÃn ch°¢ng 3. NGHIÊN CĄU CÂU TRÚC VÀ TÍNH CHÂT CĂA VÂT LIàU ZGO:Eu3+ VÀ SYGO:Eu3+. KÃt quÁ nghiên cąu cÃu trúc và tính chÃt căa các vÃt liáu.

VÃt liáu ZGO: Eu3+. KhÁo sát cÃu trúc và hình thái căa vÃt liáu ZGO: Eu3+. Tính chÃt quang căa ion Eu3+ pha t¿p trong tinh thá ZGO. KÃt quÁ tính toán J–O.

VÃt liáu SYGO: Eu3+. KhÁo sát cÃu trúc và hình thái căa vÃt liáu SYGO: Eu3+. Tính chÃt quang căa vÃt liáu SYGO: xEu3+. KÃt quÁ tính toán J-O.

KÃt luÃn ch°¢ng 4. NGHIÊN CĄU CÂU TRÚC VÀ TÍNH CHÂT CĂA VÂT LIàU CSSO PHA T¾P Ce3+. KÃt quÁ nghiên cąu chà t¿o và tính chÃt căa vÃt liáu CSSG, ąng dāng chà t¿o WLED. KhÁo sát cÃu trúc và hình thái căa vÃt liáu CSSG.

CÃu trúc tinh thá. Hình thái và thành phÅn nguyên tố trong mÁu CSSG. Tính chÃt quang. KÃt luÃn ch°¢ng 5 .95 KÂT LUÂN CHUNG.

98 Các công trình đã công bố. 99 Tài liáu tham khÁo. 101 vi DANH MĀC CÁC CHĀ VI¾T TÀT VÀ KÝ HIàU Từ vi¿t tắt Từ đầy đă Ý ngh*a ZGO Zn2GeO4 KÁm Germanat SYGO Sr3Y2Ge3O12 Strongti Ytri Germanat CSSO Ca3Sc2Si3O12 Canxi Scandi Silicat CSSG Ca3Sc2Si3O12: Ce3+ Canxi Scandi Silicat pha t¿p Ce3+ CTB Charge Transfer Band Vùng dách chuyán đián tích Commission Internationale de CIE Ăy ban Quốc tà vß chiÃu sáng I’Eclairage CCT Correlated Color Temperature Nhiát đá màu t°¢ng quan CRI Color-rendering index Chß số hoàn màu CN Coordination Number Số phối trí Energy-Dispersive X-ray EDS Phá tán sÅc năng l°ÿng tia X Spectroscopy ESR Electron Spin Resonace Cáng h°çng spin đián tÿ FWHM Full Width at Half Maximum Đá ráng bán đßnh Field Emission Scaning Electron Hián vi đián tÿ quét phát x¿ FESEM Microscopy tr°ång LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LER Luminous Efficacy of Radiation Hiáu suÃt phát sáng LS Low spin Spin thÃp HS High spin Spin cao vii Ánh sáng lÃy con ng°åi làm HCL Human Centric Lighting trung tâm NUV Near Ultraviolet GÅn tia căc tím NR Non-radiation Không phát x¿ PLE Photoluminescence Excitation Phá kích thích huỳnh quang PL Photoluminescence Phá huỳnh quang Thermogravimetry / Differential Phân tích nhiát / Phân tích să TG/DTA Thermal Analysis khác nhau vß nhiát XRD X-ray Diffraction Nhißu x¿ tia X WLED White Light Emitting Diode Điốt phát quang ánh sáng trÅng λ Wavelength B°ãc sóng λem Emission wavelength B°ãc sóng phát x¿ λex Excitation wavelength B°ãc sóng kích thích Đvty Đ¢n vá tùy ý Ä Thåi gian phân rã huỳnh quang/thåi gian sống ¸ Góc nhißu x¿ tia X T-S Tanabe-Sugano J-O Judd-Ofelt viii DANH MĀC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1. Cấu trúc tinh thể của ZGO.

Kết quÁ xét nghiệm đan xen giữa ZGO: Mn chức năng hóa bởi PPA và kháng thể Abd [86]. Hình Ánh của ZGOM được áp dụng cho hiển thị thông tin dấu vân tay [80]. Phổ PL của ZGO: xEu3+ kích thích t¿i (a) 265 nm và (b) t¿i 395 nm [89]. Phổ PL của Zn1.9GeO4: 0,02Mn2+; 0,08Eu3+ khÁo sát theo nhiệt độ [90].

Cấu trúc tinh thể của Sr3Y2Ge3O12 [91], [92]. Đường cong DTA / TG của SYGO [93]. Phổ PL của SYGO: 0,02Bi3+/0,05Eu3+ ở các bước sóng phát x¿ và kích thích khác nhau [91]. Phổ PLE, PL và EL của (a) bột huỳnh quang thương m¿i YAG: Ce3+, (b) hỗn hợp YAG: Ce3+ và SYGO: 0,01Eu2+ được phủ trên chip 452 nm t¿i 30 mA và (c) tọa độ màu CIE của chúng [92].

Phổ PL của (a) Sr2,97-xCe0,03EuxY2Ge3O12 (x = 0,015; 0,030; 0,045; 0,060; 0,075; 0,090) và (b) phổ EL của thiết bị LED dưới dòng điện 20 mA [94]. Sơ đồ minh họa ion Ce3+ (trên cùng) và mức năng lượng (dưới cùng) của ion Ce3+ tự do, ô đơn vị và số phối trí của của m¿ng nền garnet pha t¿p Ce3+ [98]. Sơ đồ T-S cho cấu hình d5 của ion Mn2+. Tọa độ tứ diện và bát diện.

Quy trình tổng hợp ZGO pha t¿p Mn2+ và ZGO pha t¿p Eu3+. Quy trình tổng hợp SYGO pha t¿p Mn2+ và SYGO pha t¿p Eu3+. Quy trình tổng hợp CSSO pha t¿p Ce3+. GiÁn đồ XRD của ZGO: xMn2+.

Tinh chỉnh Rietveld của ZGO: xMn2+ (x=0-0,05). a) Cấu trúc tinh thể của ZGO và ZGO: xMn2+ và b) Sự phối hợp của các anion O2- xung quanh cation Zn2+ và Ge4+ trước và sau khi pha t¿p Mn2+. a-e) Ành FESEM của ZGO: xMn2+ (x=0,01-0,09) và f) Ánh EDS của ZGO:0,05Mn2+. Cơ chế phát triển thanh nano ZGO: Mn2+.

a) Phổ PLE và b) phổ PL của vật liệu ZGO: xMn2. a) Phổ thời gian phân rã của ZGO: 0,05 Mn2+ và b) sơ đồ giÁi thích phổ PL của ZGO: Mn2+. (a) GiÁn đồ T-S và (b) tọa độ CIE của ZGO:0,05Mn2+. GiÁn đồ XRD của SYGO: xMn2+.

Tinh chỉnh Rietveld của SYGO: xMn2+ (x=0,01-0,07). a) Cấu trúc tinh thể của m¿ng nền SYGO và SYGO: Mn2+, b) khoÁng cách liên kết khi Mn2+ thay thế ion m¿ng nền.