Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang Akermanite M2MgSi2O7:Eu2+ (M=Ca, Sr, Ba)

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TỐNG THỊ HẢO TÂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘT HUỲNH QUANG AKERMANITE M2MgSi2O7:Eu2+ (M=Ca, Sr, Ba) Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử Mã số: 62440127 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2016 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.
- 5) Tống Thị HảoTâm, Nguyễn Duy Hùng, Nguyễn Đức Chiến, Phạm Thành Huy (2014) Phương pháp chế tạo, cấu trúc và tính chất quang của vật liệu huỳnh quang xCaO.MgO.2SiO2:Eu2+.
- GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Trong lịch sử phát triển của các dụng cụ thắp sáng, sơ khai từ chiếc đèn dầu, phát triển đến đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và đèn LED, hiệu suất của các dụng cụ thắp sáng này ngày càng được cải thiện và nâng cao.
- Điốt phát quang (LED)– là sự hứa hẹn của tương lai vì không giống như bóng đèn dây tóc hay đèn huỳnh quang compact, chúng tiêu thụ ít điện năng, hiệu suất phát quang cao và điểm nữa là chúng không chứa thủy ngân gây nguy hiểm đến sức khỏe.
- Thể hiện thực tế là Bộ Năng lượng Mỹ trông đợi sẽ loại bỏ bóng đèn dây tóc trong vòng 4 năm và đèn huỳnh quang compact trong vòng 10 năm tới.
- Hay ở trong nước, công ty lớn nhất của Việt Nam trong lĩnh vực sản xuất thiết bị chiếu sáng- Công ty cổ phần bóng đèn phích nước Rạng Đông- cũng đề ra mục tiêu sẽ thay thế LED cho các bóng đèn dây tóc và đèn huỳnh quang trong vòng 20 năm tới.
- Chính vì vậy, để ứng dụng cho chiếu sáng thông thường, từ rất lâu các nhà khoa học đã tìm ra sự kết hợp tinh tế của ba màu cơ bản là màu đỏ, màu lục và màu lam để tạo ra ánh sáng trắng, và nguyên lý hiện đang được ứng dụng phổ biến trong các đèn huỳnh quang và huỳnh quang compact sử dụng bột huỳnh quang ba màu pha tạp đất hiếm.
- ii) Kết hợp điốt phát quang màu xanh lam (blue LED) hoặc điốt phát quang tử ngoại (UV-LED) với các bột huỳnh quang phù hợp.
- Theo cách tiếp cận này, bue LED có thể kết hợp với bột huỳnh quang màu vàng, hoặc với hỗn hợp bột huỳnh quang màu vàng và đỏ để tạo ra ánh sáng trắng.
- UV-LED có thể kết hợp với bột huỳnh quang màu xanh lam, xanh lục và đỏ để tạo ra ánh sáng trắng.
- Đối với bột huỳnh quang cho WLED, từ rất sớm các bột huỳnh quang phát ánh sáng đỏ đã được tạo ra bằng các pha tạp các ion đất hiếm RE3+ hoặc ion kim loại chuyển tiếp vào các mạng nền khác nhau.
- Sau đó, các nhà khoa học đã chế tạo ra bột huỳnh quang phát ánh sáng màu lam, từ đó cung cấp hai màu cơ bản trong quang phổ của ánh sáng trắng.
- Riêng đối với màu lục, việc chế tạo bột huỳnh quang phát màu lục cho các ứng dụng tạo LED hiệu quả luôn là một thách thức đối với những nhà nghiên cứu.
- Một loạt các bột huỳnh quang phát ánh sáng màu lam và bột huỳnh quang phát ánh sáng màu lục được chế tạo dựa trên các tâm phát quang RE2+ pha tạp vào các mạng nền khác nhau đã được nghiên cứu chế tạo.
- Đến nay, đã có rất nhiều các nhà khoa học trong và ngoài nước tiến hành nghiên cứu và cho các kết quả đáng kể về các vật liệu huỳnh quang phát ánh sáng màu đỏ, lục, lam và vàng với mục đích đưa vào ứng dụng tạo LED đơn sắc và WLED.
- Trong giai đoạn đầu, hầu hết các bột huỳnh quang dùng cho WLED đều dựa trên chất nền là hợp chất của lưu huỳnh (ví dụ như ZnS: Cu2+ hay SrGa2S4: Eu2.
- nhưng các vật liệu huỳnh quang dựa trên chất nền là hợp chất của lưu huỳnh này có sự ổn định về hóa học thấp.
- Sau đó, tiến thêm bước nữa là các nghiên cứu đối với loại vật liệu huỳnh quang trên nền của hợp chất nitơ (ví dụ như.
- Trong thời gian gần đây, các vật liệu huỳnh quang trên nền akermanites (Hợp chất của các oxit, oxit kim loại kiềm thổ, oxit magiê và oxit silic) pha tạp Eu đã được quan tâm nghiên cứu hướng ứng dụng cho WLED vì sự ổn định hóa học và độ bền nhiệt tốt của cấu trúc mạng nền.
- Đồng thời loại vật liệu huỳnh quang này có dải kích thích và dải phát xạ rộng, cường độ phát quang mạnh, phạm vi màu sắc tương ứng với các bước sóng phát xạ màu đỏ, màu lục và màu lam là rất thích hợp để tạo ra đèn WLED.
- Trong bối cảnh các vấn đề khoa học và công nghệ được đặt ra như đã trình bày ở trên, với mong muốn đóng góp sức mình vào hiểu biết của nhân loại về vật liệu huỳnh quang cũng như khả năng ứng dụng của vật liệu này trong chế tạo WLED, từ năm 2009 nghiên cứu sinh cùng với tập thể các thầy hướng dẫn tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cùng tìm hiểu, trao đổi-thảo luận và lựa chọn đề tài nghiên cứu hướng tới vật liệu huỳnh quang pha tạp Eu2+ trên nền akermanites M2MgSi2O7 phát quang ba dải màu cơ bản, màu lam, màu lục và màu vàng-lục rất thích hợp cho việc định hướng ứng dụng tạo LED đơn sắc hoặc WLED.
- Đề tài luận án “Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang Akermanite M2MgSi2O7:Eu2+ (M = Ca, Sr, Ba)” đã được lựa chọn và đặt ra các mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau: Nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo bột huỳnh quang (Sr, Ca, Ba)2MgSi2O7:Eu2+ phát ánh sáng vùng màu lam, màu lục và màu vàng-lục.
- Tổng quan về vật liệu huỳnh quang cho điốt phát ánh sáng trắng (WLED) 1.1.1.
- Lịch sử phát triển nghiên cứu vật liệu huỳnh quang cho WLED và cách tiếp cận chế tạo WLED từ các vật liệu huỳnh quang 1.1.3.
- Vật liệu huỳnh quang pha tạp đất hiếm 1.1.3.1.
- Tổng quan về vật liệu huỳnh quang Akermanite M2MgSi2O7:Eu2+ (M=Ca, Sr, Ba) 1.2.1.
- Cấu trúc vùng năng lượng của M2MgSi2O7:Eu2+ và chuyển dời phát xạ của Eu2+ trong mạng nền M2MgSi2O7 1.2.3.
- Các kết quả nghiên cứu trên thế giới về vật liệu M2MgSi2O7:Eu2+ Chương 2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu bột huỳnh quang Akermanite M2MgSi2O7:Eu2+ (M=Ca, Sr, Ba) và các phương pháp thực nghiệm khảo sát tính chất của vật liệu 2.1.
- Giới thiệu Mục đích nghiên cứu của luận án là chúng tôi sẽ chế tạo ra loại vật liệu huỳnh quang dạng bột có sự ổn định hóa học và độ bền nhiệt tốt, đồng thời loại vật liệu huỳnh quang Akermanites pha tạp Eu2+ có dải kích thích và dải phát xạ rộng, cường độ phát quang mạnh, phạm vi màu sắc tương ứng với các bước sóng phát xạ màu lục, lam và vàng-lục rất thích hợp để tạo ra đèn WLED, chúng tôi cũng đã nghiên cứu chế tạo hệ ba loại bột huỳnh quang M2MgSi2O7:Eu2+ (M = Sr, Ba, Ca) phát ánh sáng màu lam, lục và vàng bằng phương pháp đồng kết tủa, định hướng cho ứng dụng chế tạo WLED.
- nghiên cứu tính chất quang của vật liêu thông qua các phép đo quang huỳnh quang, kích thích huỳnh quang và thời gian sống huỳnh quang.
- Quy trình chế tạo vật liệu bột huỳnh quang M2MgSi2O7:Eu2+ bằng phương pháp đồng kết tủa 2.2.1.
- Vật liệu nguồn sử dụng cho chế tạo bột huỳnh quang M2MgSi2O7:Eu2+ 2.2.2.
- Quy trình chế tạo bột huỳnh quang Akermanite M2MgSi2O7:Eu2+ bằng phương pháp đồng kết tủa.
- Kết luận chương 2 Để đạt được mục tiêu đã đặt ra cho luận án là nghiên cứu phát triển được công nghệ chế tạo các loại vật liệu huỳnh quang (Sr, Ba, Ca)2MgSi2O7:Eu2+, tương ứng phát xạ ánh sáng màu lam, màu lục và màu vàng ứng dụng trong chế tạo điốt phát quang ánh sáng trắng (WLED), sau một thời gian nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế tạo mẫu, chúng tôi đã đạt được các kết quả chính như sau.
- Quy trình có độ ổn định, độ lặp lại tương đối tốt và có thể áp dụng cho chế tạo cả ba loại bột huỳnh quang (Sr, Ba, Ca)2MgSi2O7:Eu2.
- Khác với các nghiên cứu trước đây bởi các tác giả khác trên thế giới, quy trình chế tạo mẫu của chúng tôi bao gồm hai bước: i) Bước 1: Tạo ra các bột huỳnh quang (Sr, Ba, Ca)2MgSi2O7 pha tạp Eu3+.
- ii) Bước 2: Các bột huỳnh quang (Sr, Ba, Ca)2MgSi2O7:Eu2+ nhận được bằng cách khử các bột huỳnh quang (Sr, Ba, Ca)2MgSi2O7 pha tạp Eu3+ tương ứng trong môi trường khí khử ở nhiệt độ cao.
- 5 - Đã chế tạo các hệ thống mẫu bột huỳnh quang (Sr, Ba, Ca)2MgSi2O7:Eu2+ với nồng độ Eu pha tạp khác nhau từ 2-11.
- Chương 3 Kết quả nghiên cứu vật liệu huỳnh quang phát xạ màu lam, Sr2MgSi2O7:Eu2+ 3.1.
- Giới thiệu Là một loại bột huỳnh quang có nhiều tiềm năng ứng dụng trong chế tạo WLED, cho đến nay Sr2MgSi2O7:Eu2+ chủ yếu mới chỉ được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống.
- Hơn nữa, do được thiêu kết trong môi trường khí khử, sản phẩm bột huỳnh quang nhận được ngay là Sr2MgSi2O7:Eu2+ mà không có sản phẩm trung gian là Sr2MgSi2O7:Eu3+.
- Nhằm xây dựng được một phương pháp chế tạo mẫu có tính linh động cao hơn, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu2+ bằng phương pháp đồng kết tủa.
- Như đã trình bày trong chương 2, theo phương pháp này ban đầu chúng tôi tạo ra bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu3+ và sau đó có thể chủ động điều khiển quá trình khử ion Eu3+ thành Eu2+ bằng cách khử mẫu trong môi trường khí khử 10%H2/90%N2.
- Kết quả nhận được cho thấy bằng quy trình này chúng tôi có thể nhận được bột huỳnh quang phát xạ đỏ Sr2MgSi2O7:Eu3+ với cực đại phát xạ ~613 nm hoặc bột phát xạ màu lam Sr2MgSi2O7:Eu2+ với cực đại phát xạ ~465 nm.
- Kết quả cho thấy, với điều kiện nhiệt độ thiêu kết mẫu 1300 oC và thời gian thiêu kết là 3 giờ trong môi trường không khí, chúng tôi đã chế tạo được bột huỳnh quang với thành phần chủ yếu là Sr2MgSi2O7:Eu3+.
- 6 10%H2/90%N2 ở nhiệt độ tương ứng để chuyển Eu3+ thành Eu2+ cho chúng tôi hệ vật liệu huỳnh quang dạng bột Sr2MgSi2O7:Eu2+.
- Phổ EDS của các mẫu bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:0,03Eu 2+ (A) và Sr2MgSi2O7:0,11Eu 2+.
- Hình 3A và 3B tương ứng là phổ EDS của các mẫu bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu2+ với nồng độ Eu2+ pha tạp 3% (3A) và 11% (3B).
- Kết quả này, cùng với kết quả đo XRD hình 3.1 và 3.2, cho thấy ở nhiệt độ thiêu kết 1300 oC, thành phần pha chủ yếu của bột huỳnh quang mà chúng tôi chế tạo được là pha Sr2MgSi2O7, trong khi các thành phần pha Sr3MgSi2O8 và Sr2SiO4 chiếm tỷ lệ rất nhỏ và không quan sát thấy trong phổ Raman của mẫu.
- Hình 3.5 là ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu2+.
- Kết quả ảnh SEM hình 3.5A cho thấy bột huỳnh quang mà chúng tôi chế tạo được có dạng hình que, có kích thước khá đồng đều dài cỡ vài trăm nm (nano mét) và có xu hướng kết đám tạo thành các búi lớn hơn có hình thái cấu trúc giống như hoa.
- (B)- Phổ PLE của mẫu bột Sr2MgSi2O7:0,02Eu3+ thiêu kết trong thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 1300 oC, tương ứng với hai đỉnh phát xạ λem = 614 nm và λem = 450 nm.
- Như có thể quan sát thấy trên hình 3.6(A), phổ PL của các mẫu bột pha tạp 2 %mol Eu3+ được đặc trưng bởi hai dải phát xạ có sự khác biệt rõ nét: i) Dải phát xạ đỏ trong vùng bước sóng ~581-700 nm bao gồm các đỉnh phát xạ đặc trưng của ion Eu3+ trong các mạng nền khác nhau của các mẫu.
- Chúng 8 tôi cho rằng, dải phát xạ rộng vùng ánh sáng màu lam này là phát xạ của ion Eu2+ trong mạng nền khác nhau của các mẫu bột.
- Trong mạng nền Sr2MgSi2O7 (của mẫu bột được thiêu kết ở nhiệt độ 1300 oC), phát xạ vùng ánh sáng màu lam này của ion Eu2+ cũng cho cường độ lớn nhất.
- Dải phát xạ màu lục của Eu2+ trong mạng nền Sr2MgSi2O7 này sẽ được chúng tôi thảo luận kỹ trong phần tiếp theo khi chủ động tiến hành khử ion Eu3+ thành ion Eu2+ trong mẫu.
- Nghiên cứu phổ kích thích (hình 3.6(B)) của mẫu bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:0,02Eu3+ đối với đỉnh phát xạ 613 nm, cho thấy vật liệu Sr2MgSi2O7:Eu3+ hấp thụ tốt vùng UV.
- Hình 3.7 là phổ huỳnh quang của các mẫu bột Sr2MgSi2O7:yEu3+ với các nồng độ pha tạp Eu3+ khác nhau khi được kích thích với bước sóng 360 nm.
- Như vậy, trong điều kiện chế tạo của chúng tôi, nồng độ tối ưu cho phát xạ đỏ là cỡ 3 %mol Eu3+.
- Hiện tượng giảm cường độ phát xạ trong vùng đỏ khi tăng nồng độ Eu3+ pha tạp được giải thích là do hiện tượng dập tắt huỳnh quang khi pha tạp với nồng độ cao.
- Hình 3.8 là kết quả đo phổ phát xạ của mẫu Sr2MgSi2O7:0,04Eu2+ khi được kích thích bởi bước sóng 370 nm.
- Kết quả cho thấy, bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu2 + phát xạ dải rộng vùng ánh sáng màu lam, có cực đại phổ tại bước sóng 465 nm.
- Chúng tôi đưa ra nhận định rằng dải phát xạ màu lam là có liên quan trực tiếp tới tạp Eu2+ trong mạng nền Sr2MgSi2O7.
- Phổ huỳnh quang của mẫu bột Sr2MgSi2O7:yEu3+ với các nồng độ pha tạp Eu3+ khác nhau được thiêu kết trong 3 giờ ở nhiệt độ 1300 oC , dưới buớc sóng kích thích λex = 360 nm.
- Phổ PLE của mẫu bột Sr2MgSi2O7:0,04Eu2+ được thiêu kết 3 giờ ở nhiệt độ 1300 oC, khử 2 giờ cũng ở nhiệt độ 1300 0C tương ứng với phát xạ vùng lam có bước sóng λem = 465 nm.
- Phổ kích thích huỳnh quang của mẫu bột Sr2MgSi2O7:0,03Eu2+, tương ứng với đỉnh phát xạ 465 nm, được thể hiện trên hình 3.9.
- Kết quả này cũng cho thấy bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu2+ mà chúng tôi chế tạo được có thể kích thích tốt bởi các điốt tử ngoại (UV-LED) và cho phát xạ dải rộng trong vùng xanh lam.
- Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Eu2+ pha tạp lên cường độ phát quang của bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu2+, chúng tôi đã tiến hành chế tạo và khảo sát phổ huỳnh quang của các mẫu có nồng độ Eu2+ pha tạp khác nhau từ 2 đến 11% mol (y=0,02-0,11).
- Như chúng ta đã biết, thông thường việc tăng nồng độ tâm phát quang pha tạp vào mạng nền sẽ dẫn tới tăng hiệu suất phát huỳnh quang của vật liệu.
- Tuy nhiên, khi nồng độ pha tạp lớn hơn giá trị tới hạn nào đó có thể dẫn đến làm giảm hoặc thậm chí làm dập tắt huỳnh quang.
- Sự giảm cường độ huỳnh quang khi nồng độ Eu2+ pha tạp > 3 % mol như quan sát thấy trên hình 3.10, theo chúng tôi có Hình 3.10.
- 10 thể là do hiện tượng dập tắt huỳnh quang do nồng độ pha tạp cao.
- Như vậy, theo quy trình công nghệ chế tạo của chúng tôi, nồng độ Eu2+ pha tạp Eu2+ tối ưu cho phát xạ màu lam là cỡ 3 %mol.
- Một kết quả thú vị mà chúng tôi muốn nhấn mạnh ở đây đó là nồng độ pha tạp tối ưu cho cả phát xạ đỏ (của ion Eu3+) và phát xạ màu lam (của ion Eu2+) trong mạng nền Sr2MgSi2O7 đều cùng có giá trị cỡ 3 % mol.
- Đã xây dựng được quy trình chế tạo bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu3+ và Sr2MgSi2O7:Eu2+ bằng phương pháp đồng kết tủa sử dụng các vật liệu ban đầu là TEOS, các muối Sr(NO3)2 và Mg(NO3)2.6H2O, Eu2O3.
- Trong đó, bột phát xạ đỏ Sr2MgSi2O7:Eu3+ nhận được ngay sau khi nung thiêu kết sản phẩm phản ứng ở nhiệt độ 1300 oC trong 3 giờ trong môi trường không khí.
- bột phát xạ màu lam nhận được bằng cách khử bột phát xạ đỏ Sr2MgSi2O7:Eu3+ tại cùng nhiệt độ 1300 oC trong 2 giờ trong môi trường khí khử (10%H290%N2.
- Bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu3+ hấp thụ tốt các nguồn kích thích tử ngoại cho phổ phát xạ có dạng phổ vạch trong vùng đỏ từ 590 -700 nm, với các đỉnh phát xạ ở các bước sóng và 700 nm tương ứng với dịch chuyển phát xạ 5D0 →7Fj (j của ion Eu3 + trong mạng nền, trong đó đỉnh 613 nm của dịch chuyển 5D0 → 7F2 cho cường độ mạnh nhất.
- Bột huỳnh quang Sr2MgSi2O7:Eu2+ hấp thụ mạnh bước sóng vùng tử ngoại 260 -450 nm, cho phát xạ dải rộng vùng ánh sáng màu lam với cực trị đỉnh tại ~465 nm tương ứng với dịch chuyển phát xạ 4f65d – 4f7(8S7/2) của ion Eu2+ trong tinh thể mạng nền Sr2MgSi2O7.
- Bột huỳnh quang màu lam Sr2MgSi2O7:Eu2+ với cường độ phát xạ mạnh và cực đại phổ tại bước sóng ~465 nm và có thể kích thích tốt bởi các nguồn kích thích tử ngoại 11 (từ 280 đến 425 nm) là một vật liệu tiềm năng cho ứng dụng chế tạo LED đơn sắc màu lam (bằng cách kết hợp với UV-LED) hoặc WLED (bằng cách kết hợp với UV-LED và bột huỳnh quang màu vàng hoặc bột huỳnh quang màu vàng và màu đỏ).
- Chương 4 Kết quả nghiên cứu đối vật liệu huỳnh quang phát xạ vùng ánh sáng màu lục, Ba2MgSi2O7:Eu2+ 4.1.
- Giới thiệu Cho tới thời điểm hiện tại, có rất ít các công bố kết quả nghiên cứu về vật liệu huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu2+.
- Theo các công bố này, Ba2MgSi2O7 pha tạp Eu2+ được xem như là loại bột huỳnh quang phát ánh sáng màu xanh lục phù hợp cho ứng dụng trong chế tạo WLED.
- Mặc dù vậy, phương pháp phản ứng pha rắn cũng có một hạn chế là nhiệt độ thiêu kết để nhận được bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu2+ là rất cao, dẫn tới sự kết đám của vật liệu và hạt bột tạo ra thường có kích thước lớn cỡ vài chục micromét, đòi hỏi thêm các bước xử lý nghiền bột để có thể đạt được kích thước hạt phù hợp cho chế tạo WLED.
- Nhằm khắc phục các hạn chế này, một vài nghiên cứu gần đây bằng phương pháp tổng hợp phản ứng cháy (Combussion-assisted synthesis) đã cho phép tạo ra các bột huỳnh quang có kích thước hạt nhỏ hơn và hệ quả là cường độ phát quang của bột huỳnh quang nhận được tăng lên đáng kể.
- Nhằm góp phần tăng cường hiểu biết và tìm kiếm các giải pháp phù hợp hơn cho chế tạo bột huỳnh quang cho WLED trong điều kiện trong nước, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang màu xanh lục bằng phương pháp đồng kết tủa.
- Theo quy trình này, trước hết chúng tôi chế tạo bột Ba2MgSi2O7 pha tạp Eu3+ được tổng hợp từ các tiền chất ban đầu (như đã được mô tả chi tiết trong chương 2), sau đó bột huỳnh quang phát xạ màu xanh lục Ba2MgSi2O7:Eu2+ được tạo ra bằng cách khử bột Ba2MgSi2O7:Eu3+ trong môi trường khí khử.
- Cũng như đã thực hiện nghiên cứu đối với bột huỳnh quang phát xạ màu xanh lam, ưu điểm của quy trình tổng hợp hai bước này là chúng tôi đồng thời có thể tạo ra bột phát xạ đỏ (do phát xạ của ion Eu3+ trong mạng nền trước khi khử) và bột phát xạ xanh lục (do phát xạ của ion Eu2+ trong mạng nền sau khi khử).
- Như vậy, bằng phương pháp đồng kết tủa chúng tôi đã có thể chế tạo được bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu3+ với nhiệt độ thiêu kết 1260 oC, trong môi trường không khí.
- Trên cơ sở xác định được điều kiện thiêu kết để nhận được bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu3+, chúng tôi tiếp tục tiến hành chế tạo bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu2+ bằng cách khử bột Ba2MgSi2O7:Eu3+ trong môi trường khí khử ở nhiệt độ 1100 oC trong thời gian 2 giờ.
- Để làm rõ hơn cho kết luận về cấu trúc đơn pha của bột huỳnh quang nhận được, chúng tôi đã tiến hành các phép đo phổ Raman và phổ hồng ngoại IR đối với hai mẫu, mẫu nền Ba2MgSi2O7 và mẫu Ba2MgSi2O7:0,07Eu2.
- Tính chất quang của vật liệu Hình 4.6 là phổ huỳnh quang của mẫu bột Ba2MgSi2O7:Eu3+.
- Như có thể quan sát thấy trên hình 4.6, phổ PL của bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu3+ được đặc trưng bởi hai dải phát xạ có sự khác biệt hết sức rõ nét: i) Dải phát xạ đỏ trong vùng bước sóng ~575-702 nm bao gồm các đỉnh phát xạ hẹp đặc trưng cho phát xạ của ion Eu3+ trong mạng nền Ba2MgSi2O7.
- Chúng tôi cho rằng, dải phát xạ rộng vùng ánh sáng màu lục này là phát xạ của ion Eu2+ trong mạng nền Ba2MgSi2O7.
- Dải phát xạ màu lục của Eu2+ trong mạng nền Ba2MgSi2O7 này sẽ được chúng tôi thảo luận kỹ trong phần tiếp theo khi chủ động tiến hành khử ion Eu3+ thành ion Eu2+ trong mẫu.
- Một kết quả đáng quan tâm khác mà chúng tôi đã thu được ở đây là bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu3+ chế tạo được cho phổ phát xạ rộng đồng thời, trong cả hai vùng màu đỏ và màu lục với cường độ tương đương khi kích thích bởi nguồn kích thích tử ngoại bước sóng 370 nm.
- Tính chất này có thể chính là một ưu điểm nổi trội của bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu3+ cho ứng dụng trong chế tạo WLED trên cơ sở dùng nguồn kích UV LED.
- Hình 4.7 là phổ huỳnh quang của các mẫu bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:Eu2+ thiêu kết tại các nhiệt độ khác nhau dưới kích thích 370 nm ở nhiệt độ phòng sử.
- Có thể thấy mặc dù nhiệt độ thiêu kết các mẫu chênh lệch không nhiều, nhưng phổ huỳnh quang nhận được là hoàn toàn khác nhau.
- Ảnh FESEM của bột huỳnh quang Ba2MgSi2O7:0,05Eu3+ được thiêu kết ở nhiệt độ 1260 oC trong 3 giờ và khử ở nhiệt độ 1100 oC trong 2 giờ.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt