NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BỘT HUỲNH QUANG PHÁT ÁNH SÁNG VÙNG ĐỎ TRÊN CƠ SỞ CÁC OXIT KIM LOẠI PHA TẠP ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP Mn⁴⁺ VÀ Cr³⁺ NHẰM ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG RẮN
Khoa học Vật liệu
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ trên cơ sở các oxit kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn⁴⁺ và Cr³⁺ nhằm ứng dụng trong chiếu sáng rắn" tập trung vào việc tổng hợp thành công các loại bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ với giá thành thấp, có tiềm năng ứng dụng trong chiếu sáng trắng (WLED) và chiếu sáng chuyên dụng trong nông nghiệp công nghệ cao.
Đề tài được đặt ra trong bối cảnh các điốt phát quang ánh sáng trắng (WLED) đang dần thay thế bóng đèn truyền thống nhờ các đặc tính vượt trội như tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cao và thân thiện môi trường. Tuy nhiên, các WLED thương mại hiện nay thường thiếu vùng ánh sáng đỏ, dẫn đến nhiệt độ màu cao và hệ số hoàn màu thấp, làm giảm chất lượng ánh sáng. Đồng thời, trong nông nghiệp công nghệ cao, đèn LED đã chứng minh hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng nông sản và tiết kiệm năng lượng, nhưng các bột huỳnh quang phát xạ đỏ-đỏ xa dùng cho lĩnh vực này còn đắt đỏ do nguyên vật liệu và quy trình chế tạo phức tạp. Do đó, cần nghiên cứu các loại bột huỳnh quang phát ánh sáng đỏ có giá thành thấp để bổ sung vùng ánh sáng đỏ, tăng chất lượng ánh sáng cho WLED và đáp ứng nhu cầu chiếu sáng nông nghiệp.
Mục tiêu của luận án là tổng hợp thành công các vật liệu SrAl2O4:Mn⁴⁺, SrMgAl10O17:Mn⁴⁺ và MgAl2O4:Cr³⁺ bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt. Các vật liệu này được kỳ vọng sẽ phát ánh sáng vùng đỏ với hiệu suất phát quang tốt, đáp ứng yêu cầu của nguồn chiếu sáng rắn, và được thử nghiệm thành công trong chế tạo WLED và LED chiếu sáng nông nghiệp.
Các đóng góp mới của luận án bao gồm việc chế tạo thành công bột huỳnh quang trên cơ sở oxit kim loại pha tạp ion chuyển tiếp Mn⁴⁺ và Cr³⁺, đồng thời khảo sát và đưa ra các tham số công nghệ chế tạo tối ưu như nhiệt độ thiêu kết, thời gian thiêu kết, nồng độ pha tạp. Cụ thể, SrAl2O4:Mn⁴⁺ và SrMgAl10O17:Mn⁴⁺ cho phát xạ đỏ tại 658 nm, trong khi MgAl2O4:Cr³⁺ phát xạ đỏ xa với đỉnh 687 nm. Luận án cũng làm sáng tỏ vùng kích thích và vùng phát xạ của vật liệu. Việc thử nghiệm chế tạo LED từ các vật liệu này đã mở ra khả năng ứng dụng thực tiễn trong chiếu sáng rắn.
Về ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đề tài góp phần phát triển và hoàn thiện cơ chế giải thích hiện tượng phát quang, tìm ra bột huỳnh quang có đặc tính tốt và giá thành rẻ, góp phần giảm giá thành sản phẩm đèn LED. Nghiên cứu này có tính thực tiễn cao, đặc biệt cho các công ty Việt Nam đang nghiên cứu sản xuất LED nhằm chủ động sản xuất và tăng tỷ lệ nội địa hóa sản phẩm.