Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất và khả năng ứng dụng của vật liệu phát quang BaMgAl10O17:Cr3+, CaAl12O19:Cr3+ và CaAl12O19 - CaAl4O7 - MgAl2O4 pha tạp Mn4+

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án "Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất và khả năng ứng dụng của vật liệu phát quang BaMgAl10O17:Cr3+, CaAl12O19:Cr3+ và CaAl12O19 - CaAl4O7 - MgAl2O4 pha tạp Mn4+" là chế tạo được vật liệu BaMgAl10O17 (BAM):Cr 3+ phát xạ trong vùng đỏ/đỏ xa có khả năng ứng dụng cho LED tăng trưởng thực vật; Chế tạo được vật liệu phát xạ trong vùng đỏ/đỏ xa CaAl12O19 (CAO):Cr 3+ có khả năng ứng dụng trong việc chế tạo LED tăng trưởng thực vật; Chế tạo thành công vật liệu CaAl12O19-CaAl4O7-MgAl2O4 (CCM) pha tạp Mn 4+ phát xạ đỏ có hiệu suất lượng tử và độ tinh khiết màu cao, có khả năng ứng dụng trong việc chế tạo WLED và LED tăng trưởng thực vật.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất và khả năng ứng dụng của vật liệu phát quang BaMgAl10O17:Cr3+, CaAl12O19:Cr3+ và CaAl12O19 - CaAl4O7 - MgAl2O4 pha tạp Mn4+

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HUYỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG BaMgAl10O17:Cr3+, CaAl12O19:Cr3+ VÀ CaAl12O19 – CaAl4O7 – MgAl2O4 PHA TẠP Mn4+ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HUYỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG BaMgAl10O17:Cr3+, CaAl12O19:Cr3+ VÀ CaAl12O19 – CaAl4O7 – MgAl2O4 PHA TẠP Mn4+ Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. PHẠM THÀNH HUY TS. DƯƠNG THANH TÙNG Hà Nội - 2022
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực. Hà Nội, ngày ...... tháng ..... năm 2022 TM Tập thể hướng dẫn Tác giả luận án GS.TS. Phạm Thành Huy Nguyễn Thị Huyền
ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc nhất đến hai thầy hướng dẫn GS.TS. Phạm Thành Huy và TS. Dương Thanh Tùng đã luôn tận tâm hướng dẫn, định hướng khoa học, động viên, hỗ trợ về mọi mặt để thực hiện và hoàn thành luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Tư, PGS. TS. Đỗ Quang Trung, PGS. TS. Nguyễn Văn Quang, TS. Nguyễn Duy Hùng, TS. Nguyễn Đức Trung Kiên, PGS.TS. Đào Xuân Việt, đã luôn tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Tiên Tiến Khoa học và Công nghệ, Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Ban Chủ nhiệm Khoa Hóa học đã luôn động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi tập trung nghiên cứu trong suốt thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, các anh chị em trong nhóm nghiên cứu đã luôn động viên, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đã hỗ trợ kinh phí thực hiện luận án của tôi với mã số đề tài 103.03-2018.53 và 103.02-2017.365. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình: Cha, mẹ, chồng, con, các anh chị em; cùng bạn bè đã luôn sát cánh, động viên tôi để tôi luôn vững tin hoàn thành luận án. Tác giả luận án Nguyễn Thị Huyền
iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... xii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. 3 3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 3 4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3 5. Ý nghĩa khoa học và các đóng góp mới của luận án ................................................... 4 6. Bố cục luận án .......................................................................................................... 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10O17 (BAM) VÀ CaAl 12 O19 (CAO) PHA TẠP Mn, Cr ................................... 7 1.1. Các quá trình quang học cơ bản ............................................................................. 7 1.1.1. Quá trình phát quang ........................................................................................... 7 1.1.2. Quá trình dập tắt huỳnh quang............................................................................. 8 1.1.2.1. Sự dập tắt huỳnh quang do nồng độ .............................................................................. 8 1.1.1.2. Sự dập tắt huỳnh quang do nhiệt độ .............................................................................. 9 1.2. Xu thế phát triển các loại vật liệu huỳnh quang hiện nay ...................................... 10 1.3. Ảnh hưởng của trường tinh thể lên ion Cr3+ và Mn4+ ............................................ 14 1.4. Cấu trúc và tính chất của vật liệu BAM pha tạp Cr3+ ............................................ 16 1.4.1. Cấu trúc của vật liệu BAM ................................................................................ 16 1.4.2. Tính chất quang của vật liệu BAM pha tạp Cr3+ ................................................. 17 1.5. Cấu trúc và các tính chất của vật liệu CAO pha tạp Cr3+ và Mn4+ .......................... 19 1.5.1. Cấu trúc của vật liệu CAO ................................................................................ 19 1.5.2. Tính chất quang của vật liệu CAO pha tạp Cr3+ và Mn4+ .................................... 20 1.5.2.1. Tính chất quang của vật liệu CAO pha tạp Cr3+ ......................................................... 20
iv 1.5.2.2. Tính chất quang của vật liệu CAO pha tạp Mn4+ ........................................................ 21 1.6. Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quang ........................................................... 22 1.6.1. Phương pháp phản ứng pha rắn ......................................................................... 22 1.6.2. Phương pháp đồng kết tủa ................................................................................. 23 1.6.3. Phương pháp thủy nhiệt .................................................................................... 23 1.6.4. Phương pháp sol - gel ....................................................................................... 24 1.7. Kết luận chương 1 ............................................................................................... 25 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHÉP PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ................................................................................. 26 2.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 26 2.2. Quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu huỳnh quang bằng phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt .............................................................................................. 26 2.2.1. Quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu BAM:Cr3+ ............................................. 27 2.2.2. Quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu CAO:Cr3+ .............................................. 28 2.2.3. Quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu CCM:Mn4+ ............................................ 28 2.3. Quy trình đóng gói các loại đèn LED ................................................................... 29 2.3.1. Quy trình đóng gói các loại đèn LED cho nông nghiệp ...................................... 29 2.3.2. Quy trình đóng gói đèn WLED .......................................................................... 30 2.4. Các phương pháp phân tích tính chất của vật liệu ................................................. 30 2.4.1. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) ............................................ 30 2.4.2. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) ................................................................ 30 2.4.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) ......................................................................... 31 2.4.4. Phổ huỳnh quang (PL) và kích thích huỳnh quang (PLE) ................................... 32 2.4.5. Đo các đại lượng quang và khảo sát chip LED ................................................... 32 2.4.6. Khảo sát huỳnh quang phân giải theo thời gian (decay times) ........................... 33 2.5. Kết luận chương 2 ............................................................................................... 34 CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10 O17:Cr3+ .......................................................................................... 35 3.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 35 3.2. Kết quả phân tích cấu trúc của vật liệu BAM:Cr3+ ................................................ 35 3.3. Kết quả phân tích hình thái bề mặt của vật liệu BAM:Cr3+ .................................... 36
v 3.4. Kết quả phân tích phổ huỳnh quang của vật liệu BAM:Cr3+ .................................. 37 3.4.1. Phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang ............................................... 37 3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu lên tính quang của vật liệu ................................. 39 3.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên tính chất quang vật liệu .............................. 40 3.5. Ứng dụng chế tạo đèn LED .................................................................................. 41 3.6. Kết luận chương 3 ............................................................................................... 43 CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU CaAl12 O19:Cr3+ ............................................................................................... 45 4.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 45 4.2. Kết quả phân tích cấu trúc của vật liệu CAO:Cr3+ ................................................. 45 4.3. Kết quả phân tích hình thái bề mặt của vật liệu CAO:Cr3+ .................................... 48 4.4. Kết quả phân tích phổ huỳnh quang của vật liệu CAO:Cr3+ ................................... 50 4.4.1. Phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang ..................................................... 50 4.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu lên tính quang của vật liệu ................................. 53 4.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên tính chất quang của vật liệu ........................ 54 4.4.4. Phổ huỳnh quang phụ thuộc vào nhiệt độ ........................................................... 56 4.4.5. Tọa độ màu, nhiệt độ màu, độ tinh khiết màu .................................................... 57 4.5. Ứng dụng thử nghiệm chế tạo đèn LED tăng trưởng thực vật ................................ 58 4.6. Kết luận chương 4 ............................................................................................... 60 CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU CaAl12 O19-CaAl4O7-MgAl2 O4 pha tạp Mn4+ .................................................... 61 5.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 61 5.2. Kết quả phân tích cấu trúc của vật liệu CCM:Mn4+ ............................................... 61 5.3. Kết quả phân tích hình thái bề mặt của vật liệu CCM:Mn4+ ................................... 68 5.4. Kết quả nghiên cứu tính chất quang...................................................................... 71 5.4.1. Kết quả đo phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang ............................. 71 5.4.2. Ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên tính chất quang vật liệu ............................................. 72 5.4.3. Ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên tính chất quang vật liệu .................................... 73 5.4.4. Thời gian sống theo nồng độ ............................................................................. 75 5.4.5. Phổ PL theo nhiệt độ đo .................................................................................... 76
vi 5.5. Kết quả thử nghiệm chế tạo đèn LED tăng trưởng thực vật và WLED ................... 77 5.5.1. Kết quả thử nghiệm chế tạo đèn LED tăng trưởng thực vật ................................ 77 5.5.2. Kết quả thử nghiệm chế tạo đèn WLED ............................................................. 81 5.6. Kết luận chương 5 ............................................................................................... 83 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 84 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .......................... 86 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...... 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 88
vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt λem Emission wavelength Bước sóng phát xạ Ea Activation energy Năng lượng hoạt hóa λex Excitation wavelength Bước sóng kích thích λ Wavelength Bước sóng Chữ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt CCT Correlated color temperature Nhiệt độ màu tương quan CRI Color rendering index Chỉ số hoàn màu EDS Energy dispersive X-ray Phổ tán sắc năng lượng tia X spectroscopy FESEM Field emission scanning Hiển vi điện tử quét phát xạ electron microscopy trường FWHM Full-width half-maximum Độ rộng bán phổ LER Luminous efficacy of radiation Hiệu suất chiếu sáng NIR Near Infra-red Hồng ngoại gần LED Light emitting diode Điốt phát quang PL Photoluminescence spectrum Phổ huỳnh quang PLE Photoluminescence excitation Phổ kích thích huỳnh quang spectrum XRD X - ray diffraction Giản đồ nhiễu xạ tia X QE Quantum efficiency Hiệu suất lượng tử Đ.v.t.y. Đơn vị tùy ý WLED White light emitting diode Điốt phát quang ánh sáng trắng BAM BaMgAl10 O17 CAO CaAl12O19 CCM CaAl12O19 - CaAl 4O7 - MgAl2 O4 PDMS Polydimethylsiloxan
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Sơ đồ cấu hình tọa độ cho tâm phát quang trong một vật liệu huỳnh quang [36]........................................................................................................................... 9 Hình 1.2. Phổ PLE và PL của vật liệu BaMgAl10-2xO17:xMn4+, xMg2+ (a) và Ca14xSrxZn6Al10O35:Mn4+ (b) [38] ......................................................................... 10 Hình 1.3. Phổ điện huỳnh quang EL của vật liệu Na0.5K0.5Li3SiO4:Eu2+[43] .......................... 13 Hình 1.4. Phổ PLE và PL của vật liệu Bi2Ga4O9:Cr3 +[44] ...................................................... 13 Hình 1.5. Phổ PLE tại bước sóng 750 nm và PL khi kích thích ở 458 nm (a) và thời gian sống của hệ vật liệu Ca3Ga2Ge3O12:Cr3+[45]......................................................... 14 Hình 1.6. Giản đồ Tanabe - Sugano của cấu trúc 3d3 trong trường tinh thể bát diện, giá trị C/B = 4,7 [46] ................................................................................................... 15 Hình 1.7. Cấu trúc tinh thể mạng nền BaMgAl10O17 (c= 0 - ½) [48] ....................................... 17 Hình 1.8. Phổ PLE và PL của vật liệu BaMgAl10O17:Cr3+ chế tạo bằng phương pháp nổ [51]......................................................................................................................... 17 Hình 1.9. Phổ PLE (a) và PL (b) của vật liệu BaMgAl10O17:Cr3+ chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn [53] ................................................................................... 19 Hình 1.10. Cấu trúc tinh thể mạng nền CaAl12O19[25] ............................................................ 19 Hình 1.11. Phổ PL và PLE của vật liệu CaAl12O19: Cr3+ bởi Y. Xu và các cộng sự [13] ........ 20 Hình 1.12. Phổ PL của vật liệu CaAl12O19:Cr3+ tổng hợp bởi H. Yang và các cộng sự [56]......................................................................................................................... 21 Hình 1.13. Phổ kích thích và phát xạ của vật liệu CaAl12O19: Mn4+ [13]................................. 22 Hình 2.1. Sơ đồ biểu diễn quy trình chế tạo vật liệu huỳnh quang bằng phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt trong môi trường không khí ........................................... 27 Hình 2.2. Thiết bị FESEM JSM-7600F (JEOL, Nhật Bản) tích hợp thiết bị đo EDS X- MAX50 tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ................................................................................... 30 Hình 2.3. Máy đo giản đồ nhiễu xạ tia X (D8 Advance, Bruker) tại Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam ....................................... 31 Hình 2.4. Thiết bị đo phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon), nguồn kích thích là đèn Xenon công suất 450W có bước sóng từ 250 nm đến 800 nm, tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ........................................................ 32 Hình 2.5. Hệ quả cầu tích phân (GS-IS500-TLS-H, Gamma Scientific) tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội....... 33 Hình 2.6. Máy đo thời gian phân rã tại Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam ....................................................................................................... 33
ix Hình 3.1. (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BAM:1%Cr3+ ủ tại các nhiệt độ khác nhau từ 1000 °C đến 1500 °C trong môi trường không khí và (b) đường biểu diễn tỉ lệ cường độ đỉnh nhiễu xạ của pha BAM (107) và BaAl2O4 (220) .................... 36 Hình 3.2. Ảnh FESEM của vật liệu BAM:1% Cr3+ sau khi ủ nhiệt 5 giờ ở các nhiệt độ khác nhau trong môi trường không khí:(a) 1000 °C, (b)1200 °C, (c) 1300 °C và (d) 1400 °C........................................................................................................ 36 Hình 3.3. Phổ PLE đo tại bước sóng 695 nm (a); Phổ PL khi kích thích ở bước sóng 405 nm (b) của vật liệu BAM:1%Cr3+ ủ ở 1400 °C trong môi trường không khí ........ 37 Hình 3.4. Giản đồ Tanabe -Sugano trong trường bát diện (a); Sự phân mức năng lượng của ion Cr3+ trong trường tinh tinh thể yếu (b), trung bình (c) và mạnh (d).......... 38 Hình 3.5. Phổ PL khi kích thích ở bước sóng 405 nm của vật liệ BAM:1%Cr3+ ủ trong 5 giờ tại các nhiệt độ khác nhau từ 1000 °C đến 1500 °C ........................................ 39 Hình 3.6. Phổ PL kích thích ở bước sóng 405 nm của mẫu BAM:x%Cr3+ (x = 0,1-1,5%) ủ tại 1400 °C trong môi trường không khí............................................................. 40 Hình 3.7. Giản đồ CIE của vật liệu BAM: 1%Cr3+ ủ tại 1400°C trong môi trường không khí với thời gian 5 giờ ........................................................................................... 42 Hình 3.8. Phổ điện huỳnh quang (a) và giản đồ CIE (b) của đèn LED chế tạo bằng cách phủ vật liệu BAM:1%Cr3+ lên chíp LED 410 nm ................................................. 43 Hình 4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của vật liệu CAO:0,3% Cr3+ ủ nhiệt trong thời gian 5 giờ ở nhiệt độ 900 °C (a), 1000 °C (b), 1200 °C (c), 1300 °C (d), 1400 °C (e) và 1500 °C (f) trong môi trường không khí ....................................... 46 Hình 4.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của vật liệu CAO: x% Cr3+ (x= 0,1-3,0) ủ trong thời gian 5 giờ ở nhiệt độ 1500 °C trong môi trường không khí ........................... 47 Hình 4.3. Ảnh FESEM của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ sau khi ủ nhiệt 5 giờ ở các nhiệt độ khác nhau trong môi trường không khí: 900 °C (a), 1000 °C (b), 1100 °C (c), 1200 °C (d), 1300 °C (e) và 1500 °C (f) ......................................................... 49 Hình 4.4. Bản đồ phân bố nguyên tố của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ ủ nhiệt 5 giờ ở 1500 °C trong môi trường không khí ............................................................................. 50 Hình 4.5. Phổ PLE đo tại bước sóng 688 nm (a), phổ PL khi kích thích ở bước sóng 414 nm và 573 nm (b) của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ ủ nhiệt 5 giờ trong môi trường không khí ở nhiệt độ 1500 °C .................................................................... 51 Hình 4.6. Thời gian sống tại các đỉnh phát xạ khác nhau của vật liệu CAO:0,3% Cr3+ ủ nhiệt 5 giờ trong môi trường không khí ở nhiệt độ 1500 °C (λex = 414 nm)......... 52 Hình 4.7. Giản đồ Tanabe - Sugano của ion Cr3+ trong trường tinh thể của mạng nền CaAl12O19............................................................................................................... 53 Hình 4.8. Phổ PL kích thích tại bước sóng 414 nm (a), Thời gian phân rã huỳnh quang (b) của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ ủ nhiệt 5 giờ trong môi trường không khí ở nhiệt độ từ 900 °C - 1500 °C ................................................................................. 54
x Hình 4.9. Phổ PL kích thích tại bước sóng 414 nm (a), Thời gian sống (b) của vật liệu CAO:x%Cr3+ (x = 0,1 - 3,0) ủ 5 giờ tại 1500 °C trong môi trường không khí ..... 55 Hình 4.10. Sự phụ thuộc của giá trị log (I/x) với log (x) của vật liệu ...................................... 56 Hình 4.11. Sự phụ thuộc cường độ PL vào nhiệt độ của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ khi kích thích ở bước sóng 414 nm (a); Cường độ PL đỉnh 688 nm là hàm của nhiệt độ và hình chèn nhỏ là đường fit năng lượng hoạt hóa [ln(I0/I) - 1)] vào giá trị (1/kT) đối với quá trình dập tắt huỳnh quang do nhiệt độ của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ (b). ................................................................................................ 56 Hình 4.12. Giản đồ CIE của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ ủ tại nhiệt độ 1500 °C thời gian 5 giờ trong môi trường không khí............................................................................. 58 Hình 4.13. Phổ điện huỳnh quang (a) và giản đồ CIE (b) của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ khi phủ lên violet chip 410 nm .................................................................................... 59 Hình 5.1. Giản đồ XRD (a) và giản đồ Rietveld (b) của mẫu CCM:0,5%Mn4+ thiêu kết ở nhiệt độ 1500 °C trong môi trường không khí với thời gian 5 giờ. ....................... 62 Hình 5.2. Giản đồ XRD của vật liệu CCM:0,5%Mn4+ ủ nhiệt tại các nhiệt độ từ 1000 - 1500 °C thời gian 5 giờ trong môi trường không khí ............................................ 63 Hình 5.3. Giản đồ XRD của vật liệu CCM:x%Mn4+ (x = 0,1 - 1,5) ủ nhiệt tại nhiệt độ.......... 64 Hình 5.4. Kết quả tinh chỉnh Rietveld các mẫu CCM:x%Mn4+ (x = 0,3 - 1,5) ủ tại 1500 °C thời gian 5 giờ trong môi trường không khí ..................................................... 65 Hình 5.5. (a) Cấu trúc lục giác của CaAl12O19, (b) cấu trúc đơn tà của CaAl4O7 được vẽ bởi phần mềm VESTA, và (c) sự thay thế ion Mn4+ cho ion Al3+ ........................ 67 Hình 5.6. Hình Ảnh FESEM của vật liệu CCM:0,5%Mn4+ được ủ trong không khí trong thời gian 5 h ở các nhiệt độ khác nhau .................................................................. 68 Hình 5.7. Sự phân bố kích thước hạt của vật liệu CCM:0,5%Mn4+ được ủ ở các nhiệt độ khác nhau trong môi trường không khí trong thời gian 5 giờ: (a) 1100 °C, (b) 1300° C, (c) 1400 °C và (d) 1500 °C. .............................................................. 69 Hình 5.8. Bản đồ phân bố nguyên tố của của mẫu CCM: 0.5%Mn4+ thiêu kết ở nhiệt độ 1500 °C trong môi trường không khí với thời gian 5 giờ. ..................................... 70 Hình 5.9. Phổ PLE (a) và phổ PL (b) nhận được của mẫu CCM:0,5%Mn4+ ủ tại 1500 °C thời gian 5 giờ trong môi trường không khí ..................................................... 71 Hình 5.10. Giản đồ Tanabe - Sugano của ion Mn4+ trong trường tinh thể mạng nền ............... 72 Hình 5.11. Phổ PL khi kích thích ở 395 nm (a) và 468 nm (b) của mẫu CCM:0,5% Mn4+ ủ trong 5 giờ ở các nhiệt độ khác nhau từ 1000 - 1500 ℃ .................................... 73 Hình 5.12. Phổ PL của vật liệu mẫu CCM: x% Mn4+ (x = 0,1 - 1,5%) ủ tại 1500 ℃ trong thời gian 5 giờ .............................................................................................. 74 Hình 5.13. Sự phụ thuộc của giá trị log (I/x) với log (x) của vật liệu CCM:x%Mn4+(x=0,1-1,5) (λex = 468nm) ủ tại nhiệt độ 1500 °C thời gian 5 giờ trong môi trường không khí............................................................................. 75
xi Hình 5.14. Đường cong phân rã huỳnh quang của vật liệu CCM:0,5%Mn4+ ủ nhiệt ở nhiệt độ 1500 °C trong 5 giờ ................................................................................. 76 Hình 5.15. Sự phụ thuộc cường độ PL vào nhiệt độ của vật liệu CCM:0,5%Mn4+ khi kích thích ở bước sóng 468 nm (a); Cường độ PL đỉnh 656 nm là hàm của nhiệt độ và hình chèn nhỏ là đường fit năng lượng hoạt hóa [ln(I0/I) - 1)] vào giá trị (1/kT) đối với quá trình dập tắt huỳnh quang do nhiệt độ của vật liệu CCM:0,5%Mn4+ (b). ....................................................................................... 76 Hình 5.16. Giản đồ CIE của vật liệu CCM: x%Mn4+(x=0,1-1,5) (λex = 468nm) ủ tại nhiệt độ 1500 °C thời gian 5 giờ trong môi trường không khí .............................. 78 Hình 5.17. Phổ điện phát quang của chip 365 nm UV, 395 nm NUV, 410 nm Violet, 450 nm và các chip phủ vật liệu tương ứng. Hình chèn nhỏ. 5.17 (a-d) hiển thị hình ảnh kỹ thuật số của đèn LED phát ra màu đỏ thực tế. Hình 5.17e chứng minh về sự phù hợp tốt giữa phổ phát xạ của các thiết bị LED được chế tạo và phổ hấp thụ của cả diệp lục a và phytochrome đỏ ................................ 79 Hình 5.18. Phổ điện huỳnh quang EL (a&b) của các đèn WLED khi không có và có vật liệu CCM:0,5%Mn4+. Kết quả tính tọa độ màu của các đèn WLED (c) và hình ảnh đèn WLED khi hoạt động (d) ................................................................. 81
xii DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Năng lượng của các mức LS của cấu hình 3d3[46] .................................................. 14 Bảng 2.1. Thông số thực nghiệm cho việc tổng hợp vật liệu BAM:Cr3+ ................................. 27 Bảng 2.2. Thông số thực nghiệm cho việc tổng hợp vật liệu CaAl12O19:Cr3+ ........................ 28 Bảng 2.3. Thông số thực nghiệm cho việc tổng hợp vật liệu CCM:Mn4+ ................................ 29 Bảng 3.1. Tọa độ màu (x; y) của các mẫu với nồng độ ion pha tạp Cr3+ là khác nhau ............ 41 Bảng 4.1. Kích thước tinh thể trung bình của vật liệu CAO:0,3%Cr3+ ủ trong thời gian 5 giờ ở nhiệt độ 1200 °C - 1500 °C trong môi trường không khí............................. 46 Bảng 4.2. Thông số mạng (a, c), thể tích ô cơ sở (V) của vật liệu CAO: x %Cr3+ ủ trong thời gian 5 giờ ở nhiệt độ 1500 °C trong môi trường không khí. .......................... 48 Bảng 4.3. Tọa độ màu (x; y) của phổ PL của các mẫu CAO:x%Cr3+(x = 0,1-1,5) .................. 58 Bảng 5.1. Bán kính ion của các cation và các giá trị tính toán của Dr với số phối trí tương ứng (CN) ..................................................................................................... 66 Bảng 5.2. Kết quả tính toán thông số mạng theo Rietveld của mẫu CCM:x%Mn4+ (x = 0,3 - 1,5) ủ tại 1500 °C thời gian 5 giờ trong môi trường không khí, và tỉ lệ phần trăm về khối lượng của các pha CaAl12O19, CaAl4O7 và MgAl2O4, trong mẫu ............................................................................................................... 66 Bảng 5.3. Hiệu suất lượng tử (QE) của một số vật liệu pha tạp ion Mn4+ ............................... 80 Bảng 5.4. Bảng so sánh giá trị CRI của một số vật liệu huỳnh quang pha tạp Mn4+ khi phối trộn với bột thương mại Y3Al5O12:Ce3+và phủ lên chip LED ....................... 82
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ánh sáng là nhân tố quan trọng trong sự tăng trưởng và phát triển của thực vật vì nó không chỉ cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình quang hợp mà còn điều khiển các quá trình sinh trưởng của thực vật như: nảy mầm của hạt, hình thành cây, ra hoa, kết trái và các quá trình khác [1]. Bởi vậy, công nghệ chiếu sáng cho cây trồng là yếu tố không thể thiếu cho sự phát triển nông nghiệp hiện đại, đặc biệt với những khu vực thiếu đất trồng và ánh sáng tự nhiên [2]. Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng, ba vùng ánh sáng: xanh (400-500 nm), đỏ (610-700 nm) và đỏ xa (700-740 nm) rất quan trọng đối với quá trình quang hợp cũng như ảnh hưởng lớn đến sự phát triển và trao đổi chất của cây xanh [1–4]. Đối với cây xanh, có bốn sắc tố sinh học quan trọng bao gồm: diệp lục a, diệp lục b, phytochrome đỏ (Pr) và phytochrome đỏ xa (Pfr) [4]. Diệp lục a hấp thụ cực đại tại bước sóng 439 và 667 nm, trong khi diệp lục b hấp thụ cực đại tại bước sóng 449 và 660 nm [4,5]. Các công bố trước đây đã chỉ ra rằng phytochrome là chất nhận cảm quang nhạy cảm với ánh sáng đỏ và đỏ xa, được chia thành phytochrome đỏ và đỏ xa [4,5]. Ở trạng thái cơ bản, quang phổ hấp thụ của Pr và Pfr đạt cực đại lần lượt tại 660 và 730 nm [5]. Do đó, yêu cầu đặt ra với các nhà khoa học là cần tìm ra các vật liệu cho phát xạ trong các vùng ánh sáng này để làm nguồn sáng nhân tạo cho việc sản xuất cây trồng trong nông nghiệp. Hiện nay, đèn LED tăng trưởng thực vật có thể được chế tạo bằng cách kết hợp các đèn LED xanh lam và đỏ/đỏ xa hoặc phủ các chip tím/xanh lam với vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ/đỏ xa [6,7]. Phương pháp thứ nhất có nhiều khuyết điểm (đắt tiền, mạch điều khiển phức tạp, độ sáng cao và dễ bị trôi màu), hạn chế các ứng dụng sau này. Ngược lại, loại thứ hai đã được nghiên cứu rộng rãi cho các ứng dụng thực tế do những ưu điểm vượt trội của nó (giá thành thấp, kiểm soát hiệu quả tỷ lệ ánh sáng phát ra giữa tím/xanh lam và đỏ/đỏ xa). Các vật liệu huỳnh quang màu đỏ thương mại, chẳng hạn như MAlSiN3:Eu2+ và M2Si5N8:Eu2+ (M = Ca, Sr, Ba), đã được sử dụng rộng rãi cho WLED trong thực tiễn vì hiệu quả phát quang cao vượt trội của chúng [5,8]. Tuy nhiên, việc thiếu các thành phần đỏ xa ở bước sóng 650 - 750 nm, cần thiết cho sự phát triển của thực vật, đã hạn chế ứng dụng của chúng trong nông nghiệp [9]. Hơn nữa, các điều kiện tổng hợp có yêu cầu khá cao để thu được vật liệu huỳnh quang
2 mong muốn, ví dụ, nhiệt độ cao (1800 C), áp suất cao (0,9 MPa) và môi trường khí N2, dẫn đến chi phí cao và gây ô nhiễm môi trường [9]. Ngoài ra, đèn LED trắng thương mại (WLED) thường được chế tạo bằng cách phủ một lớp vật liệu huỳnh quang màu vàng YAG:Ce3+ lên chip InGaN màu xanh lam có chỉ số hoàn màu thấp (CRI < 80) và nhiệt độ màu tương ứng cao (CCT > 6000 K) do thiếu các thành phần màu đỏ [10]. Do đó, các phương pháp thay thế đã được sử dụng để sản xuất WLED là: kết hợp các vật liệu huỳnh quang ba màu (đỏ, lục và lam) với chip NUV hoặc phối trộn vật liệu huỳnh quang màu đỏ và vật liệu huỳnh quang màu vàng phủ lên chip InGaN màu xanh lam [11]. Bởi vậy, các vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ mới, được kích thích tốt bởi dải bước sóng rộng từ NUV đến ánh sáng xanh, rất có tiềm năng trong việc chế tạo các đèn LED tăng trưởng thực vật và đèn WLED có CRI cao. Do đó, vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ dựa trên các nguyên tố không đất hiếm đã và đang thu hút sự quan tâm đáng kể trong các ứng dụng cho cả đèn LED tăng trưởng thực vật và đèn WLED có CRI cao [12].Trong số các nguyên tố pha tạp mà các nhà khoa học hiện nay quan tâm, ion Mn4+ và Cr3+ với cấu hình điện tử lớp ngoài cùng 3d3 chưa điền đầy, đã và đang là ứng cử viên sáng giá cho ứng dụng trong chế tạo các loại vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ [10,11,13–19]. Cụ thể, ion kim loại chuyển tiếp Mn4+ có thể cho phát xạ trong vùng đỏ với hiệu suất lượng tử cao với phổ phát xạ có bước sóng mở rộng từ 620 đến ~680 nm và hấp thụ mạnh trong vùng UV do sự chuyển dời điện từ từ 2E → 4A2 [10]. Cùng với ion Mn4+, ion Cr3+ khi pha tạp vào các mạng nền phù hợp sẽ tạo ra các vật liệu huỳnh quang có khả năng hấp thụ hai bước sóng khác nhau với đỉnh hấp thụ xung quanh ⁓410 nm và 560 nm, và phát xạ đỏ/ đỏ xa khá mạnh, hứa hẹn ứng dụng trong LED cây trồng đỏ/đỏ xa [13–19]. Trong số các mạng nền phổ biến phù hợp với việc pha tạp ion Mn4+ và Cr3+, aluminate là mạng nền được nghiên cứu nhiều. Các ion Mn4+ và Cr3+ khi pha tạp vào mạng nền aluminate, sẽ dễ dàng chiếm vị trí của các ion Al3+ trong mạng nền do sự phù hợp về bán kính ion [14,20–22]. Mạng nền BaMgAl10O17 (BAM) và CaAl12O19 (CAO) với giá thành rẻ, độ bền hóa học và độ bền cơ nhiệt cao, là lựa chọn khá phù hợp cho việc pha tạp các ion Mn4+ và Cr3+ [13,14,20,21,23–25].
3 Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất và khả năng ứng dụng của vật liệu phát quang BaMgAl10O17:Cr3+, CaAl12O19:Cr3+ và CaAl12O19 – CaAl4O7 – MgAl2O4 pha tạp Mn4+” với mong muốn đóng góp một phần công sức vào việc nghiên cứu, tìm ra loại vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ có tiềm năng ứng dụng trong chế tạo các đèn LED tăng trưởng thực vật và đèn WLED có CRI cao. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo được vật liệu BaMgAl10O17 (BAM):Cr3+ phát xạ trong vùng đỏ/đỏ xa có khả năng ứng dụng cho LED tăng trưởng thực vật. - Chế tạo được vật liệu phát xạ trong vùng đỏ/đỏ xa CaAl12O19 (CAO):Cr3+ có khả năng ứng dụng trong việc chế tạo LED tăng trưởng thực vật. - Chế tạo thành công vật liệu CaAl12O19-CaAl4O7-MgAl2O4 (CCM) pha tạp Mn4+ phát xạ đỏ có hiệu suất lượng tử và độ tinh khiết màu cao, có khả năng ứng dụng trong việc chế tạo WLED và LED tăng trưởng thực vật. 3. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu BaMgAl10O17(BAM):Cr3+ bằng phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt trong môi trường không khí nhằm tạo ra vật liệu phát xạ trong vùng đỏ/đỏ xa. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, nồng độ pha tạp, tỉ số Dq/B lên hình thái bề mặt, cấu trúc tinh thể, tính chất quang của vật liệu. Đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu bằng cách phủ vật liệu nhận được lên chip LED tím (410 nm) để chế tạo LED tăng trưởng thực vật. Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của vật liệu CaAl12O19 (CAO):Cr3+ chế tạo bằng phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt trong môi trường không khí. Đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu trong việc chế tạo LED tăng trưởng thực vật. Nghiên cứu chế tạo vật liệu phát xạ đỏ mới CaAl12O19-CaAl4O7-MgAl2O4 (CCM) pha tạp Mn4+ có hiệu suất lượng tử và độ tinh khiết màu cao. Đánh giá hiệu suất và khả năng ứng dụng của vật liệu trong việc chế tạo WLED và LED tăng trưởng thực vật. 4. Phương pháp nghiên cứu Với các mục tiêu nói trên, chúng tôi sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phương pháp nghiên cứu chính cho luận án này. Các vật liệu BAM:Cr3+;
4 CAO:Cr3+ và CCM:Mn4+ được chế tạo tại Phòng thí nghiệm Nano Quang - Điện tử, Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, bao gồm: ❖ Phương pháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt trong môi trường không khí để chế tạo các vật liệu. ❖ Kỹ thuật đóng gói đèn LED cho việc chế tạo các LED. Sử dụng các phương pháp và thiết bị phân tích tiên tiến, hiện đại tại các cơ sở khác nhau như Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam…để thực hiện các phép phân tích mẫu: - Phương pháp phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X để xác định các đặc tính cấu trúc tinh thể. - Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM và đo phổ tán sắc năng lượng (EDS) để xác định hình thái bề mặt, kích thước hạt và thành phần hóa học của vật liệu. - Sử dụng phương pháp đo phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang, đo đại lượng quang và khảo sát chip LED để xác định các tính chất quang cũng như khả năng ứng dụng của vật liệu. 5. Ý nghĩa khoa học và các đóng góp mới của luận án Ý nghĩa khoa học của luận án: Việc nghiên cứu chế tạo được các đèn LED có phổ phát xạ phù hợp với phổ hấp thụ của cây trồng là hết sức cần thiết. Do đó, nghiên cứu phát triển quy trình công nghệ chế tạo bột huỳnh quang BAM, CAO pha tạp các ion Mn4+, Cr3+ cho phát xạ mạnh trong vùng đỏ, đỏ xa và hấp thụ mạnh trong vùng xanh dương, phù hợp cho chiếu sáng cây trồng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Các đóng góp mới của luận án: ❖ Chế tạo được vật liệu huỳnh quang BAM:Cr3+ phát xạ trong vùng đỏ với cực đại tại bước sóng 695 nm bằng phương pháp sol - gel. Vật liệu nhận được có thể được kích thích tốt bởi hai bước sóng 405 và 560 nm, cho cường độ phát xạ cao nhất khi được ủ nhiệt ở 1400 oC và ở nồng độ Cr3+ pha tạp 1%. Đỉnh phát xạ 695 nm được xác định là do chuyển mức 2E – 4A2 của ion Cr3+ nằm trong mạng tinh thể BAM ở vị trí chịu tác động mạnh của trường tinh thể
5 (tương ứng với giá trị Dq/B ~ 2,7). Kết quả thử nghiệm chế tạo thành công LED tăng trưởng thực vật bằng cách phủ vật liệu BAM:1%Cr3+ lên chip LED 410 nm cho thấy tiềm năng ứng dụng cao của vật liệu này trong chế tạo LED tăng trưởng thực vật. ❖ Chế tạo được vật liệu CAO pha tạp Cr3+ phát xạ vùng đỏ xa (650 -800 nm) với cực đại tại 688 nm có độ bền nhiệt tốt, độ tinh khiết màu đạt 100% bằng phương pháp sol - gel. Đã chế tạo thử nghiệm thành công LED tăng trưởng thực vật bằng cách kết hợp bột huỳnh quang CAO:Cr3+ và chip LED tím 410 nm. Với hiệu suất lượng tử 46,2 % và sự trùng khớp tốt giữa phổ phát xạ của LED nhận được với phổ hấp thụ của phytochrome đỏ xa (PFR), vật liệu CAO:Cr3+ nhận được có khả năng ứng dụng tốt trong chế tạo LED tăng trưởng thực vật. ❖ Chế tạo thành công hệ vật liệu phát xạ đỏ mới CaAl12O19-CaAl4O7-MgAl2O4 (CCM) pha tạp Mn4+ với độ tinh khiết màu vượt trội (100%), năng lượng hoạt hóa cao (0,286 eV) và có phổ kích thích dải rộng từ 250 đến 550 nm. Vật liệu CCM:Mn4+ chế tạo được đã được thử nghiệm chế tạo thành công bốn loại LED tăng trưởng thực vật khác nhau với hiệu suất lượng tử rất cao tương ứng là 81,8%, 72,1%, 67,2% và 61,1% khi kết hợp với bốn loại chip LED 365, 395, 410 và 460 nm. Trong đó, giá trị hiệu suất lượng tử 81,8% và 72,1% là thuộc nhóm cao nhất từng được công bố trên thế giới đối với LED chế tạo sử dụng chip LED 365 và 395 nm và vật liệu pha tạp Mn4+. Bằng cách phối hợp vật liệu CCM:Mn4+ với vật liệu huỳnh quang màu vàng thương mại (YAG:Ce3+) và chip LED xanh 450 nm, đã chế tạo thành công WLED có hiệu suất cao (LER ~ 216 lm/W), chỉ số hoàn màu cao (CRI = 90). Vật liệu CCM:Mn4+ có tiềm năng ứng dụng tốt đồng thời cho chế tạo LED tăng trưởng thực vật và WLED có chỉ số hoàn màu cao. 6. Bố cục luận án Sau thời gian làm việc và nghiên cứu tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST) và Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, ngoài phần mở đầu và kết luận, các kết quả nghiên cứu của luận án được trình bày thành 5 chương với bố cục cụ thể như sau:
6 Chương 1: Trình bày tổng quan lý thuyết về các vật liệu BAM:Cr3+; CAO:Cr3+ và CCM:Mn4+ (tập trung về cấu trúc và tính chất quang) cũng như các ứng dụng và các phương pháp chế tạo các loại vật liệu này, qua đó làm rõ các vấn đề nghiên cứu đặt ra của luận án. Chương 2: Trình bày phương pháp chế tạo các vật liệu BAM:Cr3+; CAO:Cr3+ và CCM:Mn4+ bằng phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt trong môi trường không khí. Đồng thời, trình bày các phương pháp phân tích các tính chất của vật liệu. Chương 3: Trình bày các kết quả nghiên cứu về vật liệu BAM:Cr3+ chế tạo bằng phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt trong môi trường không khí. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, nồng độ pha tạp lên cấu trúc và tính chất quang của vật liệu nhận được. Nghiên cứu ảnh hưởng của trường tinh thể của mạng nền lên ion Cr3+, giải thích sự phát xạ mạnh, vạch hẹp của vật liệu tại đỉnh 695 nm. Kết quả thử nghiệm ứng dụng vật liệu thu được trong chế tạo LED tăng trưởng thực vật bằng cách phủ vật liệu BAM:Cr3+ lên chip LED tím 410 nm cũng sẽ được trình bày trong chương này. Chương 4: Trình bày các kết quả nghiên cứu về vật liệu CAO:Cr3+ chế tạo bằng phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt trong môi trường không khí. Kết quả khảo sát cấu trúc và tính chất quang của vật liệu chế tạo được, sự phụ thuộc của phổ phát xạ vào các điều kiện công nghệ chế tạo như nồng độ pha tạp, nhiệt độ ủ mẫu và kết quả thử nghiệm ứng dụng vật liệu thu được trong chế tạo LED tăng trưởng thực vật. Chương 5: Trình bày các kết quả nghiên cứu về vật liệu CCM:Mn4+ chế tạo bằng phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt trong môi trường không khí. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, nồng độ pha tạp lên cấu trúc và tính chất quang của vật liệu. Kết quả thử nghiệm chế tạo LED tăng trưởng thực vật bằng cách kết hợp vật liệu CCM:Mn4+ với bốn loại chíp LED khác nhau (356, 395, 410 và 460 nm) và WLED có hệ số hoàn màu cao bằng cách kết hợp với bột huỳnh quang phát xạ màu vàng thương mại (YAG:Ce3+) và chip LED 450 nm cũng sẽ được trình bày trong chương 5.