Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá tính chất quang của bột huỳnh quang sử dụng trong đèn chiếu sáng chuyên dụng cho nông nghiệp

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang ứng dụng trong đèn chiếu sáng nông nghiệp, đánh giá hiệu quả và tiềm năng phát triển.

• Tác giả: Đào Thị Thu Hương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Hưng
• Trường học: Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Vật lí chất rắn
• Đề tài: Nghiên cứu, đánh giá tính chất quang của bột huỳnh quang sử dụng trong đèn chiếu sáng chuyên dụng cho nông nghiệp
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Quy Nhơn

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lí do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước
• 2. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHÁT QUANG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Các quá trình quang học cơ bản
• 2.1.1. Quá trình hấp thụ
• 2.1.2. Quá trình phát xạ
• 2.2. Vật liệu phát quang
• 2.2.1. Cơ chế phát quang
• 2.2.2. Phân loại chất phát quang
• 2.2.3. Cấu tạo vật liệu huỳnh quang
• 2.3. Một số phương pháp khảo sát tính chất của vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp khảo sát hình thái bề mặt và kích thước hạt
• 2.3.2. Các phương pháp khảo sát tính chất quang
• 2.3.3. Phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể và thành phần pha của vật liệu
• 2.3.3.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 3. NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ PHA TRỘN CÁC BỘT HUỲNH QUANG
• 3.1. Giới thiệu quy trình hiệu chỉnh phổ phát xạ đối với đèn chiếu sáng thông thường
• 3.2. Hệ số trả màu
• 3.3. Quy trình trộn các bột thành phần để điều chỉnh phổ phát xạ của đèn chiếu sáng thông thường
• 3.4. Quy trình hiệu chỉnh phổ phát xạ đối với đèn chiếu sáng chuyên dụng cho cây hoa cúc
• 3.5. Công nghệ chế tạo bột huỳnh quang chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho cây hoa cúc
• 3.5.1. Khái quát chung
• 3.5.2. Nghiên cứu phát triển quy trình công nghệ chế tạo bột huỳnh quang chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho cây hoa cúc
• 3.6. Kết quả đo đạc về phổ huỳnh quang của bột chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho cây hoa cúc
• 3.6.1. Phổ phát xạ của bột Y2O3:Eu3+
• 3.6.2. Phổ phát xạ của bột huỳnh quang MgAl11O19:Ce3+,Tb3+
• 3.6.3. Phổ phát xạ của bột huỳnh quang SrS:Eu2+
• 4. ỨNG DỤNG ĐÈN HUỲNH QUANG TRONG CHIẾU SÁNG NÔNG NGHIỆP
• 4.1. Ứng dụng cho thử nghiệm hiệu chỉnh đèn chiếu sáng cho hoa cúc
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính chất quang của bột huỳnh quang

Nghiên cứu tập trung vào tính chất quang của bột huỳnh quang, đặc biệt là khả năng phát quang khi được kích thích. Các vật liệu huỳnh quang thường bao gồm chất nền và tâm phát quang, với chất nền là các oxit hoặc hydroxit có vùng cấm rộng. Tâm phát quang thường là các ion đất hiếm hoặc kim loại chuyển tiếp, nhạy cảm với quá trình kích thích. Khi được kích thích, các tâm này hấp thụ photon và phát ra ánh sáng. Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp như SEM, TEM, và XRD để phân tích cấu trúc và hình thái tinh thể của vật liệu.

1.1. Cơ chế phát quang

Cơ chế phát quang của bột huỳnh quang dựa trên sự hấp thụ và phát xạ ánh sáng. Khi vật liệu nhận năng lượng kích thích, các nguyên tử chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích. Khi ngừng kích thích, chúng trở về trạng thái cơ bản và phát ra ánh sáng. Quá trình này có thể tạo ra ánh sáng hồng ngoại, khả kiến hoặc tử ngoại, tùy thuộc vào bản chất vật liệu. Các ion đất hiếm như Eu3+ thường được sử dụng làm tâm phát quang do khả năng phát xạ mạnh trong vùng ánh sáng đỏ, rất quan trọng trong chiếu sáng nông nghiệp.

1.2. Phân loại chất phát quang

Chất phát quang được phân loại dựa trên thời gian phát quang sau khi ngừng kích thích. Vật liệu huỳnh quang phát quang ngay lập tức, trong khi vật liệu lân quang có thể phát quang kéo dài. Nghiên cứu này tập trung vào các vật liệu huỳnh quang, đặc biệt là những loại có khả năng phát xạ ánh sáng đỏ và xanh, phù hợp với nhu cầu quang hợp của cây trồng. Các vật liệu này thường được pha tạp ion đất hiếm để tăng hiệu suất phát quang và độ bền.

II. Ứng dụng bột huỳnh quang trong đèn chiếu sáng nông nghiệp

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của bột huỳnh quang trong đèn chiếu sáng nông nghiệp, đặc biệt là đèn LED. Các đèn này được thiết kế để phát ra ánh sáng có phổ phù hợp với nhu cầu quang hợp của cây trồng, đặc biệt là ánh sáng đỏ (630-720 nm) và xanh (430-460 nm). Nghiên cứu cũng tiến hành thử nghiệm trên cây hoa cúc, cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc kích thích sinh trưởng và phát triển của cây.

2.1. Quy trình pha trộn bột huỳnh quang

Quy trình pha trộn các loại bột huỳnh quang được nghiên cứu để tạo ra ánh sáng có phổ mong muốn. Các bột huỳnh quang đơn sắc được trộn theo tỷ lệ nhất định để điều chỉnh phổ phát xạ của đèn. Nghiên cứu sử dụng các phương pháp đo huỳnh quang và phân tích phổ để đánh giá hiệu quả của quy trình này. Kết quả cho thấy, việc pha trộn bột huỳnh quang có thể tạo ra ánh sáng phù hợp với nhu cầu quang hợp của cây trồng, đặc biệt là trong chiếu sáng nông nghiệp.

2.2. Hiệu quả chiếu sáng trên cây hoa cúc

Nghiên cứu tiến hành thử nghiệm trên cây hoa cúc để đánh giá hiệu quả của đèn huỳnh quang trong chiếu sáng nông nghiệp. Kết quả cho thấy, ánh sáng từ đèn huỳnh quang giúp cây tăng trưởng đều đặn và thực hiện quang hợp hiệu quả, ngay cả trong điều kiện thiếu ánh sáng tự nhiên. Điều này chứng tỏ tiềm năng lớn của công nghệ chiếu sáng sử dụng bột huỳnh quang trong nông nghiệp, đặc biệt là trong việc trồng cây trong nhà hoặc trong điều kiện thiếu sáng.

III. Công nghệ chiếu sáng và hiệu suất

Nghiên cứu đánh giá hiệu suất chiếu sáng của các loại đèn sử dụng bột huỳnh quang, so sánh với các loại đèn truyền thống như đèn sợi đốt. Kết quả cho thấy, đèn huỳnh quang và đèn LED có hiệu suất cao hơn, tiết kiệm điện năng và tuổi thọ dài hơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc sử dụng bột huỳnh quang pha tạp ion đất hiếm giúp tăng hiệu suất phát quang và độ bền của đèn.

3.1. So sánh hiệu suất chiếu sáng

Nghiên cứu so sánh hiệu suất chiếu sáng của đèn huỳnh quang và đèn LED với đèn sợi đốt. Kết quả cho thấy, đèn huỳnh quang và LED có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn, tiết kiệm điện năng đáng kể. Đặc biệt, đèn LED có tuổi thọ dài hơn và phát ra ánh sáng phù hợp với nhu cầu quang hợp của cây trồng, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho chiếu sáng nông nghiệp.

3.2. Độ bền và tuổi thọ của đèn

Nghiên cứu đánh giá độ bền và tuổi thọ của đèn sử dụng bột huỳnh quang. Kết quả cho thấy, các loại bột huỳnh quang pha tạp ion đất hiếm có độ bền cao hơn so với bột huỳnh quang truyền thống. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của đèn và giảm chi phí bảo trì. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc sử dụng các vật liệu huỳnh quang mới có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ bền của công nghệ chiếu sáng trong nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nông nghiệp hiện đại, việc ứng dụng công nghệ chiếu sáng nhân tạo nhằm thúc đẩy quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng ngày càng được quan tâm. Theo ước tính, bóng đèn sợi đốt truyền thống tiêu tốn nhiều điện năng và ánh sáng không đồng đều, gây ra sự phát triển không đồng đều của cây trồng. Đèn huỳnh quang với khả năng phát ra phổ ánh sáng tập trung vào vùng xanh và đỏ, giúp cây quang hợp hiệu quả, đồng thời tiết kiệm năng lượng, đã trở thành giải pháp thay thế ưu việt. Luận văn tập trung nghiên cứu, đánh giá tính chất quang của các loại bột huỳnh quang sử dụng trong đèn chiếu sáng chuyên dụng cho nông nghiệp, đặc biệt là cho cây hoa cúc – một đối tượng nông nghiệp có yêu cầu chiếu sáng đặc thù về phổ và thời gian chiếu sáng.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình tổng hợp và pha trộn các loại bột huỳnh quang Y2O3:Eu3+, MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ và SrS:Eu2+ để điều chỉnh phổ phát xạ phù hợp với yêu cầu chiếu sáng cho cây hoa cúc, đồng thời đánh giá hiệu quả chiếu sáng lên quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2018-2019 tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các cơ sở liên quan. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu suất chiếu sáng, tiết kiệm năng lượng và phát triển công nghệ vật liệu huỳnh quang trong lĩnh vực nông nghiệp, đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước và giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết vật lý về phát quang và hấp thụ ánh sáng trong vật liệu huỳnh quang. Hai cơ chế chính được nghiên cứu là quá trình hấp thụ photon và phát xạ ánh sáng từ các ion pha tạp trong mạng nền vật liệu. Các khái niệm quan trọng bao gồm:

• Phát quang (Fluorescence): Phát xạ ánh sáng xảy ra trong thời gian ngắn (dưới 10^-8 giây) sau khi ngừng kích thích.
• Lân quang (Phosphorescence): Phát xạ ánh sáng kéo dài hơn 10^-8 giây.
• Chất nền (Host lattice): Vật liệu oxit hoặc hydroxit có vùng cấm rộng, không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy.
• Tâm kích hoạt (Activator ions): Ion đất hiếm hoặc kim loại chuyển tiếp như Eu3+, Ce3+, Tb3+ có khả năng hấp thụ và phát xạ photon.
• Hiệu suất phát quang và hệ số trả màu (CRI): Đánh giá chất lượng ánh sáng phát ra, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp và pha trộn các loại bột huỳnh quang để điều chỉnh phổ phát xạ, đặc biệt tăng cường vùng đỏ (600-700 nm) và xanh lá (500-600 nm), phù hợp với yêu cầu quang hợp của cây hoa cúc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm các mẫu bột huỳnh quang tổng hợp tại phòng thí nghiệm và các phép đo quang học, cấu trúc vật liệu. Cỡ mẫu gồm ba loại bột huỳnh quang: Y2O3:Eu3+, MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ và SrS:Eu2+ được tổng hợp bằng các phương pháp đồng kết tủa, sol-gel và phản ứng pha rắn.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích cấu trúc tinh thể và pha bằng kỹ thuật nhiễu xạ tia X (XRD) tại Viện Kỹ thuật và Công nghệ Gốm (KICET), Hàn Quốc.
• Khảo sát hình thái bề mặt và kích thước hạt bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST).
• Phân tích phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE) sử dụng hệ thống Nanolog, Horiba Jobin Yvon với nguồn kích thích đèn Xenon 450 W.
• Khảo sát vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) với độ phân giải cao.
• Thử nghiệm pha trộn bột huỳnh quang theo tỷ lệ tính toán để điều chỉnh nhiệt độ màu và hệ số trả màu của đèn.
• Đánh giá hiệu quả chiếu sáng trên cây hoa cúc qua các mẫu đèn compact 20W tráng phủ bột huỳnh quang tổng hợp.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 7/2018 đến tháng 7/2019, bao gồm các giai đoạn tổng hợp vật liệu, phân tích đặc tính, pha trộn và thử nghiệm ứng dụng thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp bột huỳnh quang Y2O3:Eu3+: Mẫu bột pha tạp 5% Eu3+ có cường độ phát xạ tại bước sóng ~610 nm cao hơn khoảng 250% so với bột thương mại, cho thấy hiệu suất phát quang vượt trội. Nhiệt độ nung tối ưu là 1000°C với thời gian 3 giờ.

2. Bột huỳnh quang MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ phát xạ đỉnh xanh lá tại 543 nm, cường độ phát xạ tăng theo nhiệt độ nung từ 600°C đến 800°C, phù hợp làm thành phần phát xạ xanh lá trong đèn ba phổ.

3. Bột SrS:Eu2+ có phổ phát xạ rộng từ 580-700 nm, bước sóng cực đại tại 612 nm, cường độ phát xạ tăng mạnh khi nung ở 1300°C. Bột này bổ sung hiệu quả cho vùng đỏ và cam trong phổ phát xạ.

4. Điều chỉnh phổ phát xạ đèn compact 20W: Qua pha trộn ba loại bột huỳnh quang, các mẫu đèn thử nghiệm đạt công suất phát xạ vùng đỏ từ 1.09 W đến 2.05 W, tăng 25% so với đèn thông thường 23W (khoảng 1.6 W). Tỷ lệ R/Fr (đỏ/đỏ xa) đạt ~11, phù hợp với yêu cầu chiếu sáng cho cây hoa cúc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu suất phát quang là do lựa chọn và tối ưu hóa tỷ lệ pha tạp ion Eu3+, Ce3+, Tb3+ trong các vật liệu nền phù hợp, cũng như quy trình tổng hợp và nung thiêu kết đạt điều kiện tối ưu. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả cho thấy sự phối hợp ba loại bột huỳnh quang tạo ra phổ phát xạ rộng và tập trung hơn, đáp ứng chính xác yêu cầu quang sinh học của cây hoa cúc.

Biểu đồ phổ phát xạ và tọa độ màu trên giản đồ CIE 1931 minh họa rõ sự điều chỉnh nhiệt độ màu và hệ số trả màu của đèn, cho thấy khả năng kiểm soát phổ ánh sáng hiệu quả thông qua quy trình pha trộn bột huỳnh quang. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển đèn chiếu sáng chuyên dụng cho nông nghiệp, giúp tăng năng suất cây trồng và tiết kiệm năng lượng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường nghiên cứu và phát triển quy trình tổng hợp bột huỳnh quang với tỷ lệ pha tạp và nhiệt độ nung tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất phát quang và độ bền của vật liệu. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; chủ thể: các viện nghiên cứu vật liệu và trường đại học.

2. Ứng dụng quy trình pha trộn bột huỳnh quang ba phổ để sản xuất đèn chiếu sáng chuyên dụng cho các loại cây trồng khác nhau, tùy chỉnh phổ phát xạ phù hợp với đặc tính sinh học của từng loại cây. Thời gian: 12 tháng; chủ thể: doanh nghiệp sản xuất thiết bị chiếu sáng.

3. Triển khai thử nghiệm thực tế trên diện rộng tại các vùng trồng hoa cúc và cây trồng trong nhà kính nhằm đánh giá hiệu quả sinh trưởng, năng suất và tiết kiệm năng lượng so với đèn truyền thống. Thời gian: 12-18 tháng; chủ thể: các trung tâm nghiên cứu nông nghiệp và doanh nghiệp nông nghiệp.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các nhà máy sản xuất đèn huỳnh quang trong nước nhằm giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu, nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thời gian: 6 tháng; chủ thể: trường đại học, viện nghiên cứu phối hợp với doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu vật liệu và quang học: Nghiên cứu chi tiết về cơ chế phát quang, quy trình tổng hợp và phân tích đặc tính bột huỳnh quang, cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phương pháp phân tích hiện đại.

2. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị chiếu sáng: Áp dụng quy trình pha trộn và tráng phủ bột huỳnh quang để sản xuất đèn chiếu sáng chuyên dụng cho nông nghiệp, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất chiếu sáng.

3. Chuyên gia và kỹ sư nông nghiệp công nghệ cao: Hiểu rõ tác động của phổ ánh sáng đến sinh trưởng cây trồng, đặc biệt là cây hoa cúc, từ đó thiết kế hệ thống chiếu sáng phù hợp nhằm tối ưu hóa năng suất và chất lượng sản phẩm.

4. Các cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phát triển công nghệ chiếu sáng tiết kiệm năng lượng trong nông nghiệp, thúc đẩy sản xuất bền vững và giảm nhập khẩu nguyên liệu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần sử dụng đèn huỳnh quang chuyên dụng cho nông nghiệp thay vì đèn thông thường?
   Đèn huỳnh quang chuyên dụng phát ra phổ ánh sáng phù hợp với phổ hấp thụ của cây trồng (chủ yếu vùng đỏ và xanh), giúp tăng hiệu quả quang hợp và sinh trưởng. Đèn thông thường không đáp ứng được yêu cầu này, gây lãng phí năng lượng và hiệu quả thấp.

2. Các loại bột huỳnh quang nào được sử dụng trong nghiên cứu và vai trò của chúng?
   Ba loại bột chính là Y2O3:Eu3+ (phát xạ đỏ), MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ (phát xạ xanh lá), và SrS:Eu2+ (phát xạ cam đỏ). Chúng phối hợp tạo ra phổ phát xạ rộng và tập trung, đáp ứng yêu cầu chiếu sáng cho cây hoa cúc.

3. Phương pháp tổng hợp bột huỳnh quang được áp dụng như thế nào?
   Phương pháp đồng kết tủa, sol-gel và phản ứng pha rắn được sử dụng để tổng hợp các loại bột với điều kiện nhiệt độ và tỷ lệ pha tạp tối ưu nhằm đạt hiệu suất phát quang cao và cấu trúc tinh thể ổn định.

4. Làm thế nào để điều chỉnh nhiệt độ màu và hệ số trả màu của đèn huỳnh quang?
   Bằng cách tính toán và pha trộn tỷ lệ các bột huỳnh quang đơn sắc theo quy trình trộn cơ hoặc trộn dung dịch, có thể điều chỉnh phổ phát xạ, từ đó kiểm soát nhiệt độ màu và hệ số trả màu phù hợp với yêu cầu chiếu sáng.

5. Hiệu quả chiếu sáng của đèn huỳnh quang chuyên dụng trên cây hoa cúc được đánh giá ra sao?
   Đèn thử nghiệm có công suất phát xạ vùng đỏ tăng 25% so với đèn thông thường, tỷ lệ R/Fr cao giúp kìm hãm sự ra hoa không mong muốn, thúc đẩy sinh trưởng thân lá, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật trồng hoa cúc trong nhà kính và nuôi cấy mô.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp và pha trộn ba loại bột huỳnh quang Y2O3:Eu3+, MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ và SrS:Eu2+ với hiệu suất phát quang cao và phổ phát xạ phù hợp cho chiếu sáng nông nghiệp.
• Mẫu đèn huỳnh quang compact 20W thử nghiệm đạt công suất phát xạ vùng đỏ ~2.05 W, tăng 25% so với đèn thông thường, với tỷ lệ R/Fr ~11, đáp ứng yêu cầu chiếu sáng cho cây hoa cúc.
• Phương pháp phân tích cấu trúc, hình thái và phổ huỳnh quang được áp dụng hiệu quả, cung cấp dữ liệu khoa học chính xác cho việc điều chỉnh phổ phát xạ.
• Nghiên cứu góp phần giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu, thúc đẩy phát triển công nghệ vật liệu huỳnh quang trong nước.
• Đề xuất triển khai ứng dụng thực tế và mở rộng nghiên cứu cho các loại cây trồng khác, đồng thời đào tạo chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp sản xuất đèn.

Khuyến khích các viện nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai thử nghiệm thực tế, đồng thời phát triển sản phẩm thương mại dựa trên kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và tiết kiệm năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

GI O V OT O TR NG I HỌC QUY NH N ÀO THỊ THU H NG NGHI N CỨU NH GI TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH QUANG SỬ DỤNG TRONG ÈN CHIẾU S NG CHUY N DỤNG CHO NÔNG NGHIỆP C u n n nh: Vật lí chất rắn M s : 8 44 4 N ư ư n d n : TS. NGUYỄN VIỆT H NG N ư ư n d n 2: PGS. PH M THÀNH HUY e L I CAM OAN Tôi xin cam đoan, đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của Thầy TS. Nguyễn Việt Hưng và Thầy PGS.

Phạm Thành Huy, không trùng lặp với bất kì công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong bất kì một công trình nào. Học v n o T ị T u Hươn e L I CẢM N Trước tiên em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến TS. Nguyễn Việt Hưng và PGS.

Phạm Thành Huy, những người Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy, giúp đỡ hết lòng cả về vật chất lẫn tinh thần và cung cấp những kiến thức khoa học hết sức quí giá giúp em hoàn thành tốt luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Quy Nhơn, Ban Chủ nhiệm khoa cùng các Thầy Cô giáo của Khoa Vật lí - TrườngĐại Học Quy Nhơn đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường THPT Nguyễn Đình Chiểu – An Nhơn – Bình Định, cùng các Thầy Cô giáo trong HĐSP Nhà trường đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu để hoàn thành luận văn này. Cuối cùng con xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ, xin cảm ơn chồng và các con, bạn bè đã gần gũi, động viên và chia sẻ, giúp tôi khắc phục khó khăn trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Xin trân trọng cảm ơn! Quy Nhơn, ngày 20 tháng 07 .năm 2019 Học viên Đào Thị Thu Hương e MỤC LỤC LỜI AM OAN LỜI ẢM ƠN ANH M KÝ HIỆU V HỮ VIẾT TẮT ANH M ẢNG IỂU ANH M HÌNH VẼ MỞ ẦU. Lí do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.

Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nƣớc. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PH T QUANG V PHƢƠNG PH P THỰ NGHIỆM. Các quá trình quang học cơ bản. Quá trình hấp thụ.

Quá trình phát xạ. Vật liệu phát quang. ơ chế phát quang. Phân loại chất phát quang.

ấu tạo vật liệu huỳnh quang. Một số phƣơng pháp khảo sát tính chất của vật liệu. Phƣơng pháp khảo sát hình thái bề mặt và kích thƣớc hạt. ác phƣơng pháp khảo sát tính chất quang.

Phƣơng pháp khảo sát cấu trúc tinh thể và thành phần pha của vật liệu. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). NGHIÊN ỨU QUY TRÌNH ÔNG NGHỆ PHA TR N CÁC T HUỲNH QUANG. Giới thiệu quy trình hiệu chỉnh phổ phát xạ đối với đèn chiếu sáng thông thƣờng.

Hệ số trả màu. Quy trình trộn các bột thành phần để điều chỉnh phổ phát xạ của đèn chiếu sáng thông thƣờng. Quy trình hiệu chỉnh phổ phát xạ đối với đèn chiếu sáng chuyên dụng cho cây hoa cúc. ông nghệ chế tạo bột huỳnh quang chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho cây hoa cúc.

Khái quát chung. Nghiên cứu phát triển quy trình công nghệ chế tạo bột huỳnh quang chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho cây hoa cúc. Kết quả đo đạc về phổ huỳnh quang của bột chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho cây hoa cúc. Phổ phát xạ của bột Y2O3:Eu3+.

Phổ phát xạ của bột huỳnh quang MgAl11O19:Ce3+,Tb3+. Phổ phát xạ của bột huỳnh quang SrS:Eu2+. ỨNG NG ÈN HUỲNH QUANG TRONG HIẾU S NG NÔNG NGHIỆP. p dụng cho thử nghiệm hiệu chỉnh đèn chiếu sáng cho hoa cúc.

43 T I LIỆU THAM KHẢO. 44 e DANH MỤC C C KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT C ữ v ết tắt T n T ến An T n T ến V ệt CCT Nhiệt độ màu Correlated Color Temperature CIE International Commission Ủy ban Quốc tế về on Illumination hiếu sáng CRI Color Rendering Index Hệ số hoàn màu FESEM Field emission scanning Hiển vi điện tử quét electron microscopy phát xạ trƣờng LED Light emitting diode iốt phát quang PL Photoluminescence Phổ huỳnh quang spectrum PLE Photoluminescence Phổ kích thích huỳnh excitation spectrum quang SEM Scanning electron Kính hiển vi điện tử microscopy quét TEM Transmission electron Hiển vi điện tử truyền microscope qua XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X WLED White Light Emitting iốt phát quang ánh diode sáng trắng e DANH MỤC BẢNG BIỂU ảng 2. Nhiệt độ màu của một số nguồn sáng. ác thành phần bột đơn sắc thƣờng đƣợc sử dụng trong quy trình hiệu chỉnh các thông số của bột ba màu.

Tỉ lệ trộn bột ba màu gồm 3 và 4 thành phần khác nhau theo tỷ lệ tƣơng ứng để thu đƣợc cùng một nhiệt độ màu. Khối lƣợng hóa chất tổng hợp 0,05 mol Y2O3 với tỷ lệ pha tạp khác nhau. ác hóa chất sử dụng để tổng hợp bột huỳnh quang phát xạ đỏ SrS:Eu2+. Kết quả thử nghiệm hiệu chỉnh sáu mẫu đèn thử nghiệm cho hoa cúc (mã HC1-H 6) trên các đèn compact 20W.

40 e DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Mô hình chiếu sáng cho cây thanh long bằng đèn chuyên dụng. ơ chế phát hấp thụ và phát xạ ánh sáng. Thiết bị FESEM-JEOL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM và E S tại Viện Tiên tiến Khoa học và ông nghệ (AIST)- ại học ách khoa Hà Nội.

Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích là đèn Xenon công suất 450 W có bƣớc sóng từ 250 ÷ 800 nm, tại viện Tiên tiến Khoa học và ông nghệ (AIST), Trƣờng ại học ách khoa Hà Nội. Hệ đo giản đồ nhiễu xạ tia X (D/MAX-2500/PC) tại Viện (KICET), Hàn Quốc. Sơ đồ mặt cắt của kính hiển vi điện tử truyền qua. Quan hệ giữa nhiệt độ màu và màu sắc mà con ngƣời cảm nhận thấy và nhiệt đồ màu tƣơng ứng của một số loại đèn chiếu sáng.

iểu đồ màu IE 1931. Quy trình trộn các bột huỳnh quang đơn sắc thành phần để điều chỉnh phổ phát xạ của bột huỳnh quang ba phổ. Hình và sơ đồ biểu diễn quá trình 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. Phổ phát xạ của hai mẫu đèn chuyên dụng cho hoa cúc đã đƣợc hiệu chỉnh tăng cƣờng phổ phát xạ trong vùng đỏ 600-700 nm.

Sơ đồ quy trình chế tạo bột huỳnh quang phát xạ đỏ Y2O3:Eu3+. ơ chế truyền năng lƣợng giữa ion e3+ và Tb3+ trong mạng nền CeMgAl11O19. Sơ đồ quy trình chế tạo bột huỳnh quang MgAl11O19:Ce3+,Tb3+. Sơ đồ quy trình chế tạo bột huỳnh quang phát xạ đỏ SrS:Eu2+.

Sản phẩm bột phát xạ đỏ SrS:Eu3+trƣớc khi khử (hình a) và sau khi khử trong môi trƣờng khí H2 (hình b). Phổ phát xạ của bột Y2O3:Eu3+ tổng hợp sử dụng quy trình phản ứng hình 2. Phổ phát xạ của bột phát xạ đỏ thƣơng mại (OSRAM- TQ) cũng đƣợc vẽ cùng để so sánh. Phổ phát xạ của bột huỳnh quang MgAl11O19:Ce3+,Tb3+chế tạo sử dụng quy trình hình 2.

Phổ phát xạ của bột huỳnh quang SrS:Eu 2+ khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Quy trình khuấy trộn bột huỳnh quang ba phổ và tráng phủ đèn. Tọa độ màu theo thiết kế của đèn compact tráng bột 3 phổ (chấm o) và tọa độ màu của đèn đã chế tạo (dấu +). Hình ellip là giới hạn cho phép.

Tọa độ của đèn compact tráng bột 3 phổ (chấm o) và tọa độ màu của đèn đã chế tạo (dấu +) sau khi tăng độ dày của lớp bột huỳnh quang. Sơ đồ mô tả tác động của ánh sáng lên chất cảm quang Phytochrome. Phổ phát xạ của đèn thử nghiệm cho hoa cúc HC4. Một số mẫu đèn chuyên dụng cho cây hoa cúc nhận đƣợc sau khi hiệu chỉnh phổ phát xạ.

Lí do c ọn đề t Ở một số địa phƣơng trên cả nƣớc, từ nhiều năm nay, bóng đèn sợi đốt vẫn đƣợc sử dụng để chiếu sáng cho cây trồng nhằm kích thích cây tăng trƣởng. Tuy nhiên, đèn sợi đốt cho ánh sáng mạnh mà không đều nên khi sử dụng để chiếu sáng, khu vực cây trồng gần bóng đèn sẽ sinh trƣởng mạnh hơn khu vực ở xa bóng đèn. Thêm vào đó, đèn sợi đốt lại tiêu tốn rất nhiều điện năng khi sử dụng. Với những hạn chế của bóng đèn sợi đốt, sự ra đời của bóng đèn huỳnh quang là một hƣớng đi mới và đột phá trong ngành công nghiệp điện và ánh sáng.

èn huỳnh quang đƣợc ứng dụng trong việc trồng trọt, can thiệp vào quá trình sinh trƣởng và trao đổi chất ở cây trồng. Giờ đây, cây không còn phụ thuộc hoàn toàn vào ánh sáng Mặt Trời, không có ánh sáng Mặt Trời, cây vẫn sinh trƣởng và phát triển bình thƣờng. Mặt khác, để tiết kiệm năng lƣợng chiếu sáng, việc thay thế các loại bóng đèn có hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng thấp bằng các bóng đèn chiếu sáng hiệu suất cao đƣợc quan tâm đầu tiên. Vì thế hiện nay, xu hƣớng sử dụng các nguồn sáng nhân tạo chủ yếu là các loại đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn LE ngày càng nhiều.

So với đèn dây tóc, các loại đèn này vừa có tuổi thọ cao, vừa tiết kiệm điện năng và sáng hơn. óng đèn đƣợc phủ một lớp huỳnh quang bên ngoài thành ống, cho phổ ánh sáng tập trung vào ánh sáng xanh và đỏ, giúp kích thích cây trồng thực hiện phản ứng quang hợp, từ đó kích thích tăng trƣởng. ho nên, dù cây đƣợc trồng trong phòng nuôi cấy mô, không tiếp xúc với ánh sáng mặt trời hoặc vào ban đêm, cây vẫn thực hiện tốt quá trình quang hợp. ên cạnh đó, bóng đèn huỳnh quang còn cho ánh sáng đều khắp nên cây trồng tăng trƣởng đều e 2 đặn.

Không chỉ mang lại hiệu quả cao trong kích thích cây trồng tăng trƣởng, sử dụng bóng đèn huỳnh quang trong chiếu sáng cho nông nghiệp còn có hiệu quả cao trong tiết kiệm điện. èn huỳnh quang nông nghiệp - trồng cây trong nhà là loại đèn chuyên dụng sử dụng các bƣớc sóng phổ giúp cây trồng quang hợp một cách tốt nhất. ó là các bƣớc sóng nằm trong dải từ 380 - 750 nanomet (nm), khác hoàn toàn so với đèn thông thƣờng.