I. Nghiên cứu tổng hợp Al2O3 Cr
Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp vật liệu Al2O3:Cr bằng phương pháp đồng kết tủa. Quy trình này bao gồm các bước chuẩn bị hóa chất, kết tủa, và ủ nhiệt để tạo ra vật liệu có cấu trúc tinh thể ổn định. Phương pháp này được lựa chọn do khả năng kiểm soát tốt nồng độ pha tạp và nhiệt độ ủ, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất quang của vật liệu. Kết quả cho thấy vật liệu Al2O3:Cr có cấu trúc tinh thể α-Al2O3 (corundum) với sự phân bố đồng đều của ion Cr3+ trong mạng tinh thể.
1.1. Phương pháp đồng kết tủa
Phương pháp đồng kết tủa được sử dụng để tổng hợp Al2O3:Cr với các bước cụ thể: hòa tan các muối nhôm và crom, kết tủa bằng dung dịch kiềm, rửa sạch kết tủa, và ủ nhiệt ở nhiệt độ cao. Quá trình này đảm bảo sự đồng nhất về thành phần và kích thước hạt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu tính chất quang của vật liệu.
1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ
Nhiệt độ ủ đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc tinh thể và tính chất quang của Al2O3:Cr. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ ủ từ 1200°C đến 1400°C giúp cải thiện độ tinh khiết và độ ổn định của vật liệu, đồng thời tăng cường hiệu suất phát quang trong vùng ánh sáng đỏ.
II. Tính chất quang của Al2O3 Cr
Tính chất quang của Al2O3:Cr được nghiên cứu thông qua các phép đo phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE). Kết quả cho thấy vật liệu phát xạ mạnh trong vùng ánh sáng đỏ (~700 nm) khi được kích thích bằng ánh sáng tử ngoại gần (NUV) hoặc ánh sáng xanh lam (~450 nm). Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của Al2O3:Cr trong các thiết bị đèn LED phát sáng đỏ.
2.1. Phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang
Phổ huỳnh quang của Al2O3:Cr cho thấy đỉnh phát xạ tại 695 nm, tương ứng với sự chuyển mức năng lượng của ion Cr3+. Phổ kích thích huỳnh quang xác định các bước sóng kích thích tối ưu (405 nm và 560 nm), giúp tối ưu hóa hiệu suất phát quang của vật liệu.
2.2. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp
Nồng độ pha tạp Cr3+ ảnh hưởng đáng kể đến tính chất quang của Al2O3:Cr. Nghiên cứu chỉ ra rằng, nồng độ pha tạp tối ưu khoảng 0.6% giúp đạt được cường độ phát quang cao nhất, trong khi nồng độ cao hơn có thể dẫn đến hiện tượng dập tắt huỳnh quang do tương tác giữa các ion Cr3+.
III. Ứng dụng trong đèn LED phát sáng đỏ
Al2O3:Cr được ứng dụng trong việc chế tạo đèn LED phát sáng đỏ bằng cách phủ bột huỳnh quang lên chip NUV LED. Kết quả thử nghiệm cho thấy, đèn LED tạo ra ánh sáng đỏ với hiệu suất cao và độ ổn định tốt. Ứng dụng này mở ra tiềm năng lớn trong lĩnh vực chiếu sáng nông nghiệp, nơi ánh sáng đỏ đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của cây trồng.
3.1. Thử nghiệm chế tạo đèn LED
Thử nghiệm chế tạo đèn LED phát sáng đỏ sử dụng bột Al2O3:Cr phủ lên chip NUV LED 395 nm. Kết quả đo phổ điện huỳnh quang cho thấy đèn phát xạ ánh sáng đỏ với bước sóng đỉnh tại 695 nm, phù hợp với mục tiêu ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp.
3.2. Tiềm năng ứng dụng
Al2O3:Cr không chỉ có tiềm năng trong đèn LED phát sáng đỏ mà còn có thể được sử dụng như một thành phần bổ sung trong các bột huỳnh quang thương mại để cải thiện chất lượng ánh sáng trắng (WLED). Điều này giúp nâng cao hệ số hoàn màu (CRI) và hiệu suất phát quang của các thiết bị chiếu sáng hiện đại.
