Luận án Nghiên cứu chế tạo và tính chất của vật liệu Zn2SiO4 và Zn2SnO4 không pha tạp và pha tạp các ion kim loại chuyển tiếp (Mn2+, Cr3+)

Tên luận án:

Nghiên cứu chế tạo và tính chất của vật liệu Zn2SiO4 và Zn2SnO4 không pha tạp và pha tạp các ion kim loại chuyển tiếp (Mn2+, Cr3+)

Ngành:

Khoa học Vật liệu

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án “Nghiên cứu chế tạo và tính chất của vật liệu Zn2SiO4 và Zn2SnO4 không pha tạp và pha tạp các ion kim loại chuyển tiếp (Mn2+, Cr3+)” thuộc ngành Khoa học Vật liệu, tập trung giải quyết nhu cầu về các vật liệu huỳnh quang mới, thân thiện với môi trường, không chứa đất hiếm, ứng dụng trong điốt phát quang ánh sáng trắng (WLED) và chiếu sáng nông nghiệp chuyên dụng. Đề tài xuất phát từ hạn chế của các phốt pho nền đất hiếm về chi phí và tác động môi trường.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là chế tạo và khảo sát tính chất quang của các hệ vật liệu Zn2SiO4 và Zn2SnO4, cả không pha tạp và pha tạp với các ion kim loại chuyển tiếp Mn2+, Cr3+ (có hoặc không có đồng pha tạp Al3+). Phương pháp chế tạo chủ yếu là nghiền bi hành tinh năng lượng cao kết hợp với ủ nhiệt ở nhiệt độ thấp (thấp hơn 200-300 °C so với phương pháp pha rắn truyền thống). Luận án cũng nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết và nồng độ pha tạp đến cấu trúc và tính chất quang, đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng của các vật liệu này trong chế tạo LED bằng cách phủ trực tiếp lên chip LED tử ngoại hoặc xanh lam.

Các đóng góp mới của luận án bao gồm việc chế tạo thành công ba nhóm vật liệu huỳnh quang: Zn2SiO4 và Zn2SiO4:Mn2+; Zn2SnO4 và Zn2SnO4:Mn2+; Zn2SnO4:Cr3+ và Zn2SnO4:Cr3+, Al3+. Nghiên cứu đã phát hiện phát xạ vùng hồng ngoại (~735 nm) từ Zn2SiO4, có tiềm năng cho đèn nông nghiệp. Vật liệu Zn2SiO4:Mn2+ cho phát xạ xanh lục với độ tinh khiết màu cao (~85%) khi phủ lên chip UV LED. Đặc biệt, luận án lần đầu tiên quan sát được phát xạ đỏ xa mới (684 nm) từ Zn2SnO4 không pha tạp và lần đầu tiên chế tạo Zn2SnO4:Mn2+ có khả năng hấp thụ mạnh ánh sáng xanh lam (444 nm) để phát xạ xanh lục (523 nm), tiềm năng cho LED xanh lục. Các vật liệu pha tạp Cr3+ và Cr3+, Al3+ trên nền Zn2SnO4 cũng được chứng minh có tiềm năng ứng dụng trong LED chiếu sáng nông nghiệp với phát xạ hồng ngoại mạnh và hiệu suất cao.

Các kết quả thử nghiệm ứng dụng trong LED đã chứng minh tính thực tiễn của các vật liệu này, đạt được tọa độ màu và chỉ số hoàn màu mong muốn (ví dụ, LED trắng với x=0.3783, y=0.3520, CCT 3858 K, CRI 91), cùng hiệu suất lên đến 16.3% cho LED nông nghiệp.

Mục lục chi tiết:

• A. GIỚI THIỆU

  • 1. Tính cấp thiết của đề tài

• 2. Mục tiêu nghiên cứu

• 3. Phương pháp nghiên cứu

• 4. Các đóng góp mới của luận án

• 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

• 6. Bố cục của luận án

• B. NỘI DUNG LUẬN ÁN

  • Chương 1. GIỚI THIỆU

  • Chương 2. CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

  • Chương 3. TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU HUỲNH QUANG Zn2SiO4 VÀ Zn2SiO4:Mn2+

    • 3.1. Giới thiệu
    • 3.2. Cấu trúc và tính chất quang của vật liệu huỳnh quang Zn2SiO4
      • 3.2.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu Zn2SiO4
      • 3.2.2 Khảo sát hình thái bề mặt của vật liệu Zn2SiO4
      • 3.2.3 Phổ Raman của vật liệu Zn2SiO4
      • 3.2.4 Tính chất quang của vật liệu Zn2SiO4
    • 3.3 Cấu trúc và tính chất quang của vật liệu Zn2SiO4:Mn2+
      • 3.3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu Zn2SiO4: Mn2+
      • 3.3.2 Khảo sát hình thái bề mặt của vật liệu Zn2SiO4: Mn2+
      • 3.3.3 Khảo sát liên kết hóa học của vật liệu Zn2SiO4: Mn2+
      • 3.3.4 Tính Chất quang của vật liệu Zn2SiO4:Mn2+
      • 3.3.5 Tính chất nhiệt phát quang (TL) và đường cong suy giảm cường độ nhiệt phát quang phụ thuộc thời gian của vật liệu Zn2SiO4: Mn2+
      • 3.3.4 Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng vật liệu Zn2SiO4: Mn2+ trong chế tạo LED dạng chuyển đổi phốt pho (phosphor-converted LED)
    • 3.4 Kết luận chương 3

  • Chương 4. TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Zn2SnO4 VÀ Zn2SnO4:Mn2+

    • 4.1. Giới thiệu
    • 4.2. Cấu trúc và tính chất quang của vật liệu Zn2SnO4
      • 4.2.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu ZnO/SnO2
      • 4.2.2 Ảnh FESEM và phân bố kích thước hạt của vật liệu ZnO/SnO2
      • 4.2.1. Tính chất quang của vật liệu ZnO/SnO2
    • 4.3. Cấu trúc và tính chất quang của vật liệu Zn2SnO4:Mn2+
      • 4.3.1. Phổ phân tích nhiệt vi sai và giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu Zn2SnO4: Mn2+
      • 4.3.2 Tính chất quang của vật liệu Zn2SnO4: Mn2+
    • 4.4 Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng vật liệu Zn2SnO4: Mn2+ trong chế tạo LED dạng chuyển đổi phốt pho (phosphor-converted LED)
    • 4.5 Kết luận chương 4

  • Chương 5. TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Zn2SnO4: Cr3+ VÀ Zn2SnO4: Cr3+, Al3+

    • 5.1. Giới thiệu
    • 5.2. Cấu trúc và tính chất quang của vật liệu Zn2SnO4:Cr3+
      • 5.2.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu Zn2SnO4: Cr3+
      • 5.2.2. Tính chất quang của vật liệu Zn2SnO4: Cr3+
      • 5.2.3. Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng vật liệu Zn2SnO4: Cr3+ trong chế tạo LED dạng chuyển đổi phốt pho (phosphor-converted LED)
    • 5.3. Cấu trúc và tính chất quang của vật liệu Zn2SnO4: Cr3+, Al3+
      • 5.3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu Zn2SnO4: Cr3+, Al3+
      • 5.3.2. Phân tích trường tinh thể
      • 5.3.3. Ảnh hưởng của ion Al3+ lên tính chất quang của vật liệu Zn2SnO4: Cr3+
      • 5.3.4. Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng vật liệu Zn2SnO4: Cr3+, Al3+ trong chế tạo LED dạng chuyển đổi phốt pho (phosphor-converted LED)
    • 5.3. Kết luận chương 5

• C. KẾT LUẬN CHUNG

• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ