S KHOA HC VÀ CÔNG NGH TP-HCM
TRUNG TÂM THÔNG TIN KHOA HC VÀ CÔNG NGH
BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯNG CÔNG NGH
Chuyên đề:
CÔNG NGH NANO VÀ NGHIÊN CỨU ĐIÔT PHÁT
SÁNG (LED) DÙNG TRONG CÔNG NGHIP
CHIU SÁNG
Biên soạn: Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ TP. HCM
Vi s cng tác ca: PGS. TS. Đặng Mu Chiến
Giám Đốc Phòng thí nghim Công Ngh Nano
Trường Đại hc Quc Gia TP HCM
TP. H Chí Minh, 10/2011
-1-
MC LC
I. TNG QUAN V CÔNG NGH NANO .................................................................................................. 3
1. Cơ sở công ngh nano .................................................................................................................................... 3
2. Định nghĩa công nghệ nano ............................................................................................................................ 4
3. Mt s nghiên cu v công ngh nano ........................................................................................................... 4
3.1. Công nghệ chế tạo LED dùng trong công nghiệp chiếu sáng .................................................................. 4
3.2. Công nghệ chế tạo vật liệu nano tự làm sạch và diệt khuẩn trên gạch men ............................................ 5
3.3. Công nghệ tổng hợp hạt nano đồng và chế tạo mực in phun đồng .......................................................... 7
3.4. Công nghệ chế tạo sợi nano dùng cho cảm biến sinh học ....................................................................... 9
3.5. Chế tạo pin năng lượng mt trời theo công nghệ màng mỏng .............................................................. 10
3.6. Công nghệ Dược Nano ......................................................................................................................... 12
II. PHÂN TÍCH XU HƢỚNG NGHIÊN CU CÔNG NGH NANO MT S NG DNG CA
NANO TRÊN CƠ SỞ SÁNG CH QUC T ........................................................................................ 13
1. Tình hình nghiên cu nano ........................................................................................................................... 13
1.1. Đăng ký sáng chế về nano (giai đoạn 1970-2011) ................................................................................ 13
1.2. Danh sách 10 quốc gia có nhiều đăng ký sáng chế về nano .................................................................. 14
1.3. Các lĩnh vc sáng chế đăng .............................................................................................................. 15
2. Tình hình nghiên cu nano mt s lĩnh vực ng dng c th ................................................................... 15
2.1. Ống nano cacbon ................................................................................................................................... 15
2.2. Nano trong sản xuất pin mặt trời ........................................................................................................... 18
2.3. Nano trong sản xuất Led........................................................................................................................ 20
2.4. Vật liệu nano tự làm sạch và diệt khuẩn ............................................................................................... 22
3. Nhn xét v xu hướng nghiên cu công ngh nano và mt s ng dng của nano trên cơ s sáng chế quc
tế ...................................................................................................................................................................... 24
III. NGHIÊN CU CH TO LED PHÁT ÁNH SÁNG TRNG TRÊN TH GII .............................. 24
1. Tình hình công nghip Led trên thế gii ...................................................................................................... 24
1.1. Lịch sử ra đời của Led .......................................................................................................................... 24
1.2. Tiềm năng ứng dụng của Led ............................................................................................................... 25
2. Tình hình các sáng chế Led đã đăng ký trên thế gii ................................................................................... 26
2.1. Lịch sử các sáng chế về Led ................................................................................................................. 26
2.2. Các công nghệ chế tạo Led phát ánh sáng trắng và các sáng chế đã đăng ký ...................................... 27
2.2.1. Chế to Led phát ánh sáng trng t chip Led phát xanh dương phủ pht pho vàng ..................... 27
2.2.2. Chế to Led phát ánh sáng trng t chip Led phát xanh dương phủ 2 loi phốt pho đỏ và xanh lá
cây ........................................................................................................................................................... 32
2.2.3. Chế to Led phát ánh sáng trng t chip Led phát tia t ngoi (UV) ph 3 loi phốt pho đỏ, xanh
lá cây và xanh dương .............................................................................................................................. 39
2.2.4. Chế to Led phát ánh sáng trng t 3 loại chíp Led phát ánh sáng đỏ, xanh lá cây và xanh dương
................................................................................................................................................................ 42
IV. TÌNH HÌNH SN XUT VÀ NG DỤNG LED TRONG NƢỚC ....................................................... 45
-2-
1. Quy trình cơ bản chế to bóng Led .............................................................................................................. 45
2. Công ngh chế to Led ca Phòng Thí nghim công ngh Nano (LNT) ..................................................... 45
2.1. Quy trình chế tạo chip Led phát ánh sáng xanh tại LNT ...................................................................... 45
2.2. Quy trình chế tạo bóng Led ánh sáng trắng từ chip Led ánh sáng xanh ............................................... 50
3. Các sn phm nghiên cứu Led đã đăng ký sở hu trí tu Vit Nam ............................................................ 52
4. Thc trng nghiên cứu và xu hướng phát triển đèn Led tại VN ................................................................... 52
4.1. Thực trạng nghiên cứu .......................................................................................................................... 52
4.2. Xu hướng phát triển .............................................................................................................................. 53
5. Các cty sn xut và kinh doanh đèn Led tại Vit Nam ................................................................................. 54
6. Tình hình ng dng Led trong chiếu sáng ti Vit Nam .............................................................................. 55
V. MT S KIN NGH V NGHIÊN CU LED VÀ SN PHM S DNG CÔNG NGH LED
TI VIT NAM .......................................................................................................................................... 56
PH LC ........................................................................................................................................................... 58
TÀI LIU THAM KHO ................................................................................................................................ 60
-3-
CÔNG NGH NANO VÀ NGHIÊN CỨU ĐIÔT PHÁT SÁNG (LED)
DÙNG TRONG CÔNG NGHIP CHIU SÁNG
*****************************
I. TNG QUAN V CÔNG NGH NANO
1. Cơ sở công ngh nano
Ngày 29 tháng 12 năm 1959, tại Viện Công nghệ
California, người đoạt giải Nobel Vật lý - Richard P. Feynman
đã nói chuyện tại cuộc họp hàng năm của Hiệp hội Vật Mỹ
đã trở thành một trong những i giảng khoa học cổ điển thế
kỷ hai ơi, tựa đề “There’s Plenty of Room at the
Bottom”. Ông đã trình bày một tầm nhìn công nghệ thu cực
nhỏ trước khi "chip" trở thành một phần của thuật ngữ. Ông đã
nói vvấn đề thao tác kiểm soát mọi thứ trên một quy mô
nhỏ. Ngoại suy từ các định luật vật đã biết, Feynman đã
hình dung ra một công nghbằng cách sử dụng hộp công cụ
cuối cùng của tự nhiên, xây dựng công trình nano nguyên t
của nguyên tử hay phân tcủa phân tử. Kể từ những năm 1980, nhiều phát minh
khám phá trong chế tạo các công trình nano đã trở thành một minh chứng cho tầm nhìn
của ông. Để ghi nhận thực tế này, các Hội đồng Khoa học Công nghệ Quốc gia
(NSTC) của Nhà Trắng đã lập ra Interagency Working Group về khoa học nano,
khí Công nghệ (IWGN) vào năm 1998. Trong một bài phát biểu năm 2000 tại cùng
một viện, cựu Tổng thống William J. Clinton đã nói chuyện về những hứa hẹn thú v
của công nghệ nano, nói chung, tầm quan trọng của việc mở rộng nghiên cứu trong
khoa học công nghệ cấp độ nano. Cuối tháng đó, ông tuyên bố sáng kiến vCông
nghệ Nano cấp Nhà nước đầy tham vọng, bao gồm sự phối hợp liên ngành một dự
thảo ngân sách trị giá $ 497 triệu USD trong năm tài chính 2001, quyết định rằng
đây chính sách khoa học công nghệ phải được ưu tiên hàng đầu đã làm cho
một khoa học hàng đầu ưu tiên công nghệ. Mục tiêu của sáng kiến này là để tạo
thành một liên minh rộng rãi trong các viện nghiên cứu, khu vực nhân và nhà nước,
địa phương, và chính phủ liên bang sẽ làm việc với nhau để thúc đẩy khoa học nano và
công nghệ nano để gặt hái lợi ích kinh tế xã hội và tiềm năng công nghệ nano.
Công ngh nano ngành khoa hc v nghiên cu, chế tạo, điều khin ng
dng các vt liu và linh kiện có kích thước siêu nh, trong khong t 1-100 nm (1 mét
= 109 nm). Như thế nếu 1 hạt nano có đường kính là 1 nm, thì hạt đóc nh hơn 80
nghìn ln so với độ dày trung bình ca sợi tóc ngưi. Kích thước và cu trúc siêu nh
dẫn đến các thay đổi ln v bn cht tính cht vt lí, hóa học, cũng như tính chất
quang, t v.v..ca vt liu linh kin. Những thay đổi tính cht mới này khi được
khai thác s dng thích hợp (thường) mang li nhng ng dng mi, vi kh ng
RichardP. Feynman
-4-
Pro.Nario Taniguchi
Tokyo Science University
ưu việt mà vt liu và linh kin truyn thống không có được.
2. Định nghĩa công nghệ nano
Công ngh nano có nghĩa là bất k công ngh thc hin trên mt cấp độ nano có th
ng dng trong thế gii thc. (“Nanotechnology literally means any technology
performed on a nanoscale that has applications in the real world” (ngun: Springer
Handbook of nano-technology, Tác gi: Bharat Bhushan)).
Công ngh nano bao gm sn xut ng dng trong các h thng vt lý, hóa hc,
sinh hc các phm vi khác nhau, t các đơn nguyên t hay phân t nhân đến
kích thước siêu nhỏ, cũng như tích hp kết qu cu trúc nano vào các h thng ln
hơn.
Công ngh nano có th tác động sâu sắc đến nn kinh tế
hi của chúng ta trong đu thế k 21, so vi các công ngh
bán dn, công ngh thông tin, tế bào sinh hc và phân t.
Thut ng “công nghệ nano” mới bt đầu được s dng o
năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cu tại trường
đại hc Tokyo s dụng đ đề cp kh năng chế to cu trúc vi
hình ca mạch vi điện t.
Nghiên cu khoa hc công ngh trong công ngh nano
ha hẹn đột phá trong các lĩnh vực như vật liu và sn xut,
đin t nano, y hc y tế, năng lượng, công ngh sinh hc,
công ngh thông tin, an ninh quc gia. Điều đó cho thấy rng công ngh nano s
cuc cách mng công nghip tiếp theo.
3. Mt s nghiên cu v công ngh nano
Hin nay có rt nhiu ng dng công ngh nano vào thc tin và tiêu biu là mt s
công ngh nano được nghiên cu ti Phòng Thí Nghim Công Ngh Nano (LNT)
Đại Hc Quc Gia Thành Ph H Chí Minh (VNU) được trình bày dưới đây.
3.1 . Công ngh chế to LED dùng trong công nghip chiếu sáng
Bằng phương pháp tráng phủ hơi hóa kim (Metal Organic Chemical Vapor
Deposition MOCVD), các lớp màng mỏng GaN được ngưng phủ trên chất nền để tạo
cấu trúc LED, trong đó lớp đa giếng lượng tử (Multiple Quantum Well) bao gồm các
cặp InGaN/GaN được phủ độ dày mỗi cặp lần lượt là 3/10 nm. Đây là lớp ảnh
hưởng đến hiệu suất phát sáng của LED. Nếu giếng lượng tử kích thước đủ bé, khi
đó trong giếng chỉ chứa một số mức năng lượng nhất định thì phổ ánh sáng phát ra sẽ
phổ vạch, độ đơn sắc của LED sẽ cao. Tuy nhiên, nếu kích thước giếng qbé,
cường độ sáng của LED sẽ giảm. Bề rộng tốt nhất đối với giếng nên 2,25 nm (LED
xanh cây) độ rộng của giếng nên là 3 nm (LED xanh dương) thì ánh sáng đơn
sắc nhất.