cac phuong phap che tao vat lieu huynh quang

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
BỘ MÔN VẬT LÝ


TIỂU LUẬN CHUYÊN ĐỀ
Đề tài:

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BỘT HUỲNH QUANG

Giáo viên hướng dẫn:
Th.s Lê Tiến Hà
Th.s Nguyễn Xuân Ca
Th.s Nguyễn Thị Luyến
Sinh viên thực hiện:
Đỗ Thị Mai Loan
Tô Phương Nhung
Lê Thị La
Lý Thị Vui

THÁI NGUYÊN - 2011
MỞ ĐẦU
Nguồn sáng của gian phòng thường được cung cấp bởi sự phối
hợp của ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo, tức là hệ thống đèn
các loại.
Nguyên liệu chủ yếu đươc dùng trong các thiết bị phát sáng là
bột huỳnh quang Khoa học không ngừng nghiên cứu tìm ra những
phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang với những ưu điểm mới
nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp cũ, phương
pháp cổ truyền. Được sử dụng nhiều trong các linh kiện huỳnh
quang, vật liệu phát quang là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến

hiệu suất phát quang của linh kiện, nó cũng quyết định màu sắc ánh
sáng phát ra.
ỨNG DỤNG
Đèn huỳnh quang
TIỂU LUẬN CHUYÊN ĐỀ :
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
BỘT HUỲNH QUANG

BỐ CỤC
Mở đầu
Chương 1: Vật liệu huỳnh quang
Chương 2: Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quang
Kết luận
Chương 1: Vật liệu huỳnh quang
1. Giới thiệu về vật liệu huỳnh quang
-
Là một trong những thành phần quan trọng nhất, sử dụng trong các
thiết bị huỳnh quang, quyết định đến chất lượng của thiết bị.
-
Mỗi loại vật liệu huỳnh quang có những yêu cầu chung và yêu cầu
cụ thể :
•
Hấp thụ tốt những bức xạ kích thích: vùng hấp thụ năng
lượng không phải là một dải đều mà thường là hấp thụ mạnh
trong một vùng nhất định.
•
Hiệu suất huỳnh quang
Hhq = Hht + Hlt
Hlt = Ppx / Pht
Hiệu suất huỳnh quang cần được tính toán sao cho cao nhất.

•
Vật liệu huỳnh quang có phổ phát xạ dải rộng
-Vật liệu huỳnh quang là sự kết hợp của một số vùng bức xạ.
- Phổ bức xạ trải đều ít nhất trong ba vùng đỏ, xanh lục, xanh
lam.
•
Độ ổn định màu
Một số loại vật liệu huỳnh quang có tính chất quang biến đổi
theo nhiệt độ.
•
Độ bền
Có rất nhiều các tác nhân gây ra sự suy giảm phẩm chất của vật
liệu (tác động của hóa, nhiệt, điện trường, từ trường, cơ học )

•
Độ đồng đều về hình dạng và kích thước hạt
Sự phân bố về hình dạng ,kích thước của hạt vật liệu có vai
trò quan trọng, ảnh hưởng tới hiệu suất phát quang của vật liệu.
Trong vật liệu huỳnh quang nói chung, các hạt có hình cầu và
phân bố kích thước từ nanomet đến vài micromet tùy trong từng
lĩnh vực áp dụng.
2. Cơ chế phát quang của vật liệu
-Vật liệu huỳnh quang khi bị kích thích có khả năng phát
quang.
- Gồm: chất nền và chất pha tạp.
•
Chất nền( mạng chủ)
-Là các vật liệu bền có vùng cấm rộng
- Có tính trong suốt đối với bức xạ trong vùng ánh sáng nhìn
thấy và vùng bức xạ kích thích của các tâm phát quang

-Mạng nền đóng vai trò là môi trường phân tán các thành phần
bức xạ quang. Chất làm mạng nền ngoài tính trơ về quang học còn
cần có độ bền về cơ lý hóa, ổn định về cấu trúc và có khả năng đính
các nguyên tử pha tạp trong nút mạng.
•
Chất pha tạp( tâm kích hoạt)
- Là những nguyên tử hay ion có cấu hình điện tử với một số lớp
chỉ lấp đầy một phần như các ion kim loại chuyển tiếp có lớp d chưa
bị lấp đầy, các ion đất hiếm có lớp f chưa bị lấp đầy đóng vai trò là
các tâm phát quang.
- Chúng nhạy quang học.
Các vật liệu khi bị kích thích, các photon bị vật liệu hấp thụ. Sự
hấp thụ có thể xảy ra tại tâm phát quang hoặc tại chất nền.
Có nhiều loại cơ chế chuyển mức phát xạ:

Phát xạ do chuyển mức tái hợp điện tử lỗ trống

Phát xạ do chuyển mức vùng- vùng

Phát xạ do chuyển mức giữa các exiton
Cơ chế phát quang của vật liệu phụ thuộc vào cấu hình điện tử
của các nguyên tố pha tạp đóng vai trò là tâm phát xạ.
Chương 2: Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quang
1. Phương pháp gốm cổ truyền
S đ ph ng pháp ch t o g m c truy nơ ồ ươ ế ạ ố ổ ề
•
u đi m Ư ể :
Đ n gi n, d th c hi n , chi phí th p phù h p v i ơ ả ễ ự ệ ấ ợ ớ
nhi u phòng thí nghi mề ệ
•

Nh c đi mượ ể :
-
S n ph m thu đ c có đ đ ng nh t không caoả ẩ ượ ộ ồ ấ
-
D i phân b kích th c h t r ngả ố ướ ạ ộ
-
kích th c h t l n và tiêu t n nhi u năng l ng.ướ ạ ớ ố ề ượ

2. Phương pháp đồng kết tủa
-
Người ta thực hiện khuếch tán các chất tham gia phản ứng ở
mức độ phân tử (precursor phân tử).
-
Hỗn hợp ban đầu được gọi là precursor có tỷ lệ các ion kim
loại đúng theo hợp thức của hợp chất ta cần tổng hợp chuẩn
bị hỗn hợp dung dịch chứa các muối rồi thực hiện phản ứng
đồng kết tủa (dưới dạng hidroxit, cacbonat, oxalate,…).
-
Cuối cùng tiến hành nhiệt phân sản phẩm rắn đồng kết tủa
đó.
Chế tạo bằng phương pháp này chúng ta cần đảm bảo
hai điều kiện:
•
Phải bảo đảm đúng quá trình đồng kết tủa, nghĩa là
kết tủa đồng thời các kim loại đó.
•
Phải đảm bảo trong precursor tức là hỗn hợp pha rắn
chứa các ion kim loại theo đúng tỷ lệ như trong sản
phẩm mong muốn.
•

Ưu điểm
- Chế tạo được vật liệu có kích thước cỡ nanomet.
- Phản ứng có thể tiến hành trong điều kiện nhiệt độ phòng thí
nghiệm, do đó tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu quá trình mất mát
do bay hơi, ít ô nhiễm môi trường.
- Sản phẩm thu được có tính đồng nhất cao, bề mặt riêng lớn, độ
tinh khiết hóa học cao.
- Lượng mẫu thu được trong mỗi lần chế tạo khá nhiều
- Trong phương pháp đồng kết tủa, các chất muốn khuếch tán sang
nhau chỉ cần vượt qua quãng đường từ 10 đến 50 lần kích thước ở
mạng cơ sở, nghĩa là nhỏ hơn rất nhiều so với phương pháp gốm
cổ truyền.
•
Nhược điểm
- Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả năng
tạo phức giữa ion kim loại và ion tạo kết tủa, lực ion độ pH của
dung dịch…
- Tính đồng nhất hóa học của oxit phức hợp tùy thuộc vào
tính đồng nhất của kết tủa từ dung dịch.
- Việc chọn điều kiện để các ion kim loại cùng kết tủa là
một công việc tất khó khăn và phức tạp.
-Quá trình rửa kéo theo một cách chọn lọc một cấu tử nào
đấy làm cho sản phẩm thu được có thành phần khác với thành
phần của dung dịch ban đầu.
Nguyê
n li uệ
Khí
kh ử
Máy
pháy

siêu
Bu ng ồ
aeroso
l (1)
Lò
nhi t ệ
(2)
S n ả
ph m ẩ
(3)
3. Ph ng pháp phun nhi t phân ( pp aerosol)ươ ệ
•
Ưu điểm
Đây là phương pháp rất ưu việt để chế tạo vật liệu
huỳnh quang nói chung, thường được sử dụng trong công
nghiệp với quy trình liên tục giữa nguyên liệu đầu vào và
sản phẩm đầu ra. Các hạt bột tạo thành từ các hạt sol lơ
lửng nên có dạng hình cầu hoàn chỉnh, không bị ảnh
hưởng bởi quá trình kết đám khi nung ở nhiệt độ cao…
•
Nhược điểm
Tuy nhiên phương pháp phun nung có hạn chế là việc
chế tạo vòi phun rất khó khăn, thiết bị dễ bị ăn mòn và chỉ
có thể áp dụng cho cation kim loại dễ thủy phân.
Phương pháp Sol-gel có thể đi theo các con đường khác nhau
như thủy phân các muối, thủy phân các alkoxide hay bằng con
đường tạo phức. Sol-gel là quá trình phức tạp và có rất nhiều
biến thể khác nhau phụ thuộc vào các loại vật liệu và các mục
đích chế tạo cụ thể.
Về cơ chế hoá học: Quá trình Sol – gel hình thành với 2 dạng

phản ứng chính là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ
bao gồm phản ứng ngưng tụ rượu và phản ứng ngưng tụ nước.

\
M(OR)X + nH2O = (RO )x-n- M -(OH)n + nROH
OH

Ph n ng ng ng tả ứ ư ụ
MOR + MOH = M -O-M + ROH
MOH + MOH = M-O-M + H2O
Hoá ester
M(OR)X + xH2O = M(OH)x + x ROH
o
Ph n ng th y phânả ứ ủ
Th y phânủ
•
Ưu điểm
- Vật liệu được tổng hợp ở nhiệt độ thấp hơn so với phương pháp gốm
truyền thống.
- Quá trình chế tạo bằng phương pháp sol-gel cho phép hòa trộn một
cách đồng đều nhiều thành phần với nhau.
- Cho phép chế tạo các vật liệu lai hóa giữa vô cơ và hữu cơ, cái không
có trong tự nhiên.
- Dễ pha tạp.
- Có thể chế tạo được các vật liệu có hình dạng khác nhau như: bột,
khối, màng, sợi và vật liệu có cấu trúc nano.
- Có thể điều khiển được độ xốp và độ bền cơ học thông qua việc sử lí
nhiệt.
- Chế tạo được những vật liệu có độ tinh khiết cao.
- Phù hợp với yêu cầu chế tạo các loại vật liệu bột có kích thước micro

và nano
•
Nhược điểm
- Hóa chất ban đầu thường nhạy cảm với hơi ẩm.
- Khó điều khiển quá trình phản ứng, khó tạo sự lặp lại các
điều kiện của quy trình.
- Xảy ra quá trình kết đám và tăng kích thước hạt ở nhiệt
độ cao trong quá trình ủ nhiệt
Kết Luận
Sau một thời gian nghiên cứu các tài liệu bài tiểu luận đã thu
được một số kết quả sau:
-
Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang bằng
các phương pháp: Phương pháp sol-gel, phương pháp phun nhiệt
phân, phương pháp gốm cổ truyền, phương pháp đồng kết tủa.
-
Ưu nhược diểm của từng phương pháp
Cả 4 phương pháp trên đều áp dụng được trong phòng thí
nghiệm. Cho đến nay cả bốn phương pháp đã được áp dụng dưới
dạng bán công nghiệp( dạng sản xuất vừa và nhỏ).
Trong phòng thí nghiệm thì phương pháp Sol-gel là phương pháp
được nhiều người dùng hơn cả.
X
I
N

C
H
Â
N

T
H
À
N
H

C
Ả
M

Ơ
N

!
!
!