(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
Tên đề tài:

CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT
HUỲNH QUANG Ba6P5BO20:Eu3+ PHÁT XẠ ÁNH SÁNG ĐỎ
ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG NÔNG NGHIỆP

Họ và tên học viên: HOÀNG THỊ LƯƠNG

THÁI NGUYÊN - 2019


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
Tên đề tài:

CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT
HUỲNH QUANG Ba6P5BO20:Eu3+ PHÁT XẠ ÁNH SÁNG ĐỎ
ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG NÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 8440110

Học viên thực hiện: Hoàng Thị Lương
Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Tiến Hà

THÁI NGUYÊN – 2019

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Lê Tiến Hà, người
đã hết lòng hướng đã khoa học cho tôi thực hiện và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn đến Ban giám hiệu, khoa Vật lý và Công nghệ,
Phòng Đào tạo và các thầy cô trong trong Khoa Vật lý và Công nghệ - Trường Đại
học Khoa học - Đại học Thái Nguyên luôn nhiệt thành và trách nhiệm đối với học
viên, đã nhắc nhở và đôn đốc về tiến độ học tập của tôi.
Tôi xin trân trọng cảm ở Ban giám hiệu Trường THPT Giáp Hải - Tỉnh Bắc
Giang đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian đi học và nghiên cứu.
Cuối cùng xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
động viên về mặt tinh thần cũng như vật chất, giúp tôi có điều kiện học tập và
nghiên cứu khoa học để có kết quả như ngày hôm nay.
Xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2019
Học viên

Hoàng Thị Lương

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học của riêng tối dưới sự hướng
dẫn, nghiên cứu khoa học của TS. Lê Tiến Hà. Các số liệu được trình bày trong
Luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố bởi bất kỳ nhóm tác giả
nào. Các kết quả trong luận văn này sẽ được tôi và các cộng sự đã và sẽ công bố
trong thời gian tới là hoàn toàn trung thực.

ii


MỤC LỤC
Contents
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................. v
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục đích của luận văn ...................................................................................... 3
3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 3
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ............................................. 4
1.1. Giới thiệu về đèn huỳnh quang. ..................................................................... 4
1.1.1. Cấu tạo................................................................................................... 4
1.1.2. Vật liệu huỳnh quang phủ trong đèn huỳnh quang ............................... 5
1.1.3. Vật liệu huỳnh quang truyền thống ( Bột Halo phốt phát) ................. 10
1.2. Đèn chiếu sáng cho nông nghiệp ................................................................. 15
1.2.1. Giải phát xạ của đèn huỳnh quang ứng dụng trong chiếu sáng nông
nghiệp. ................................................................................................. 15
1.2.1. Bột huỳnh quang ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp. ............... 16
1.3. Kết luận chương 1 ........................................................................................ 17
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ........................................... 18
2.1. Một số phương pháp tổng hợp bột huỳnh quang ........................................ 18
2.1.1. Phương pháp phản ứng trạng thái rắn ................................................ 18
2.1.2. Phương pháp đồng kết tủa.................................................................. 18
2.1.3. Phương pháp Sol – gel ....................................................................... 20
iii

2.2. Tổng hợp vật liệu bằng phương pháp đồng kết tủa...................................... 22
2.2.1. Định lượng hóa chất cho vật liệu ........................................................ 22
2.2.2. Quy trình tổng hợp vật liệu ................................................................. 24
2.3. Các phương pháp khảo sát tính chất của vật liệu huỳnh quang ................... 24
2.3.1. Khảo sát hình thái bề mặt của vật liệu ................................................ 24
2.3.2. Khảo sát cấu trúc tinh thể của vật liệu bằng phổ X-ray ...................... 28
2.3.3. Khảo sát tính chất quang của vật liệu bằng phổ huỳnh quang và kích
thích huỳnh quang ............................................................................... 29
2.4. Kết luận chương 2 ........................................................................................ 31
Chương 3 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH
QUANG Ba6P5BO20 PHA TẠP ION Eu3+ .................................................. 32
3.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu........................................................................ 32
3.2. Hình thái bề mặt và kích thước hạt của nhóm vật liệu BaPB ...................... 34
3.3. Tính chất quang của vật liệu BaPB pha tạp ion Eu3+ ................................... 35
3.3.1. Tính chất quang của nhóm vật liệu BaPB pha tạp ion Eu3+................ 35
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ ion Eu3+ đến tính chất quang của vật liệu ... 40
KẾT LUẬN .............................................................................................. 42
Kiến nghị .................................................................................................. 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 43

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Cấu tạo của đèn huỳnh quang .............................................................................4
Hình 1. 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đền huỳnh quang ..............................................5
Hình 1. 3. Cơ chế phát quang của vật liệu huỳnh quang .....................................................8
Hình 1.4. Cấu trúc mức năng lượng và chuyển dời quang học của nguyên tử, phân tử......8

Hình 1. 5. Sự phát triển huỳnh quang khi nồng độ pha tạp thấp (A) và sự dập tắt huỳnh
quang do pha tạp nồng độ cao (A). ....................................................................................10
Hình 1.6. Giản đồ mức năng lượng của các dịch chuyển quang trong ion Eu3+ ...............14
Hình 1. 7. PL của đèn huỳnh quang ba màu Rạng Đông với nhiệt độ màu 6500K ..........15
Hình 2. 1. Quy trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp đồng kết tủa ..............................19
Hình 2.2. Quy trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp đồng kết tủa ...............................20
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ phương pháp sol – gel. ...........................................................22
Hình 2.4. Thiết bị FESEM-JEOL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM và EDS tại Viện Tiên
tiến Khoa học và Công nghệ (AIST)- Đại học Bách khoa Hà nội. ...................................26
Hình 2. 5. Máy đo phổ nhiễu xạ tia X (X-Ray D8 Advance) tại Trường Đại học Cần Thơ ...28
Hình 2.6. Hiện tượng nhiễu xạ xảy ra trên các lớp nguyên tử ..........................................29
Hình 2. 7. Sơ đồ khối một hệ đo huỳnh quang thông thường............................................30
Hình 2.8. Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích là đèn Xenon
công suất 450 W có bước sóng từ 250 ÷ 800 nm, tại viện Tiên tiến Khoa học và Công
nghệ (AIST), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. ............................................................31
Hình 3.1. X – Ray của mẫu bột huỳnh quang Ba6P5BO20 pha tạp 1% ion Eu3+, nung thiêu
kết ở 1100 oC......................................................................................................................32
Hình 3.2. X – Ray của họ vật liệu BaPB:Eu3+ nung thiêu kết trong không khí 2 giờ, ở các
nhiệt độ 900, 1100 và 1300 oC. ..........................................................................................33
Hình 3.3. Ảnh SEM của họ vật liệu BaPB:Eu3+ nung thiêu kết trong không khí 2 giờ, ở
nhiệt độ 900; 1100 và 1300 oC...........................................................................................34
Hình 3. 4. Phổ huỳnh quang của mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng với bước
sóng kích thích 393 nm, đo ở nhiệt độ phòng. ...................................................................36

v


Hình 3. 5. Phổ kích thích huỳnh quang của mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng
với các đỉnh phát xạ 614 nm, đo ở nhiệt độ phòng. ...........................................................37
Hình 3. 6. Phổ kích thích huỳnh quang của mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng

với các đỉnh phát xạ 590, 614; 689 và 700 nm, đo nhiệt độ phòng. ..................................38
Hình 3. 7. Phổ huỳnh quang của mẫu BaPB:5%Eu3+, nung 1100 oC với bước sóng kích
thích khác nhau, đo ở nhiệt độ phòng ................................................................................39
Hình 3.8. Sơ đồ các mức năng lượng của ion Eu3+ và các dịch chuyển phát xạ, dịch
chuyển không phát xạ của ion này trong mạng nền tinh thể. ............................................40
Hình 3.9. Phổ huỳnh quang của mẫu BaPB pha tạp ion Eu3+ với nồng độ khác nhau, nung
1100 oC với bước sóng kích thích 393 nm. ........................................................................41

vi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

STT

Kí hiệu viết tắt

Nội dung

1

RE3+

Đất hiếm

2

CRI

Hệ số hoàn màu

3

UVLED

Làm nguồn kích

4

CTS

Chuyển dời truyền điện tích

5

Red

Ánh sáng đỏ

6

FESEM

Hiển vi điện tử quét phát xạ trường

7

EDS

Phổ tán sắc năng lượng tia X

8

Abs

Độ hấp thụ

9

XRD

Nhiễu xạ tia X: X- ray Diffraction

vii


LỜI NÓI ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, vấn đề năng lượng, tiết kiệm năng lượng và năng lượng sạch để
bảo vệ môi trường đang được quan tâm, đầu tư, nghiên cứu trên toàn thế giới [1]–
[4]. Trong các lĩnh vực tiêu thụ năng lượng, chiếu sáng chiếm một tỷ trọng đáng
kể. Theo số liệu của các cơ quan thống kê có uy tín, tại các nước phát triển, tỷ
trọng lượng điện tiêu thụ cho chiếu sáng chiếm tới 25% tổng sản lượng điện sản
xuất của các nước. Do đó, tiết kiệm năng lượng thông qua tiết kiệm điện chiếu
sáng là biện pháp được nhiều quốc gia trên thế giới thực hiện.
Thực tế cho thấy, xu hướng sử dụng các nguồn sáng nhân tạo là các loại
đèn huỳnh quang làm nguồn sáng chủ yếu ngày càng nhiều, khiến các nhà cung
cấp nguồn sáng ngày càng quan tâm nhiều đến công nghệ, nguyên vật liệu để tạo ra
chất lượng ánh sáng tốt hơn [5]–[9]. Lĩnh vực nghiên cứu và chế tạo các loại bột
huỳnh quang có dải sóng hẹp, có quang thông lớn và chỉ số truyền màu cao, hứa

hẹn ứng dụng rất nhiều trong việc chế tạo các loại bóng đèn huỳnh quang tiết kiệm
năng lượng và chế tạo các loại điốt phát quang phát triển mạnh cả trên thế giới và ở
Việt Nam [10]–[12].
Hiện nay ở Việt Nam, việc nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang định
hướng ứng dụng trong công nghệ chiếu sáng tiên tiến đã được quan tâm nghiên
cứu [2], [13]–[19]. Tuy nhiên, vật liệu huỳnh quang dùng trong các bóng đèn
huỳnh quang và bóng đèn huỳnh quang ba phổ đa số là do ngoại nhập. Việc chế
tạo bột huỳnh quang ứng dụng để phủ trong các đèn huỳnh quang là nhu cầu cấp
thiết và sống còn của các nhà máy sản xuất thiết bị chiếu sáng, vì khi chủ động
được nguyên vật liệu mới chủ động được công nghệ chế tạo và hạ được giá thành
sản phẩm. Bắt đầu từ 2010, nhóm nghiên cứu của PGS Phạm Thành Huy đã thực
hiện đề tài KC.02.10/06-10 với nội dung nghiên cứu chế tạo các loại bột huỳnh
quang ba phổ (tricolor) pha tạp ion đất hiếm có thành phần giống như bột huỳnh
quang ba màu thương phẩm [13], [20]–[22]. Đề tài đã chế tạo thành công các bột
huỳnh quang tricolorphosphor và bột điện tử micro-nano bao gồm Y2O3:Eu3+ (phát
sáng màu đỏ); BaMgAl10:O17:Eu2+ (phát ánh sáng màu xanh lam) [20] và
(Ce,Tb)MgAlO: Ce,Tb (phát ánh sáng màu xanh lục) phục vụ cho công nghệ
chiếu sáng bao gồm đèn huỳnh quang và đèn huỳnh quang compact tiết kiệm điện
1


năng. Kết quả đề tài cho thấy, các chỉ số hoàn màu, hiệu suất quang, quang thông
đảm bảo tương đương bột thương mại đang được áp dụng sản xuất.
Trong lĩnh vực chiếu sáng nông nghiệp, năm 2017, quy trình lắp đặt và sử
dụng đèn huỳnh quang chuyên dụng trong nuôi cấy mô cho một số loại cây trồng
đã được Cục Trồng trọt, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận là tiến
bộ kỹ thuật. Các nghiên cứu về bột huỳnh quang cho ứng dụng chiếu sáng nông
nghiệp đã và đang được thực hiện nhằm nâng cao năng suất cây trồng. Có nhiều
phương pháp khác nhau để chế tạo bột huỳnh quang như phương pháp gốm,
phương pháp sol-gel, và phương pháp đồng kết tủa. Trong các phương pháp này

phương pháp đồng kết tủa có ưu điểm là dễ làm, tạo ra vật liệu có kích thước đồng
đều, không bị lẫn tạp chất từ môi trường ngoài nên dễ dàng tạo được các hệ mẫu
bột huỳnh quang sạch với chất lượng phát quang tốt.
Trong các hệ vật liệu mới, các hệ bột huỳnh quang trên cơ sở các nền
X6P5BO20, X5Cl(PO4)3 (X = Sr, Ca, Ba,..) đang thu hút được sự quan tâm nghiên
cứu của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước [21][12], [23]–[28]. Vật liệu
X6P5BO20 pha tạp ion Eu3+ phát xạ trong vùng ánh sáng đỏ, với chỉ số trả màu
(CRI) có thể lên đến 99 [10]. Tuy nhiên, với các vật liệu này, cơ chế chuyển đổi
năng lượng, ảnh hưởng của các thông số chế tạo lên tính chất quang của vật liệu
vẫn cần tiếp tục được làm rõ, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến công nghệ chế
tạo trong điều kiện thực tế trong nước (nhằm có thể tạo ra được các quy trình chế
tạo ổn định ở quy mô lớn). Hơn nữa, nhằm khai thác các tính chất thú vị của
nguyên tố pha tạp Europium (Eu) là nguyên tố có khả năng cho phổ phát xạ hoàn
toàn khác nhau trong vùng đỏ và xanh lam (hoặc thậm chí xanh lam và xanh lục)
khi ở trạng thái hóa trị Eu3+ và Eu2+. Điều này, mở ra khả năng chỉ sử dụng một
mạng nền duy nhất, nhưng bằng cách điều khiển các điều kiện công nghệ chế tạo
để tạo ra bột huỳnh quang phát xạ ba màu, hay nói một cách khác tạo ra bột huỳnh
quang phát xạ ánh sáng trắng hoặc phát xạ đồng thời ánh sáng đỏ và xanh lam. Các
nghiên cứu gần đây về chiếu sáng thực vật đã cho thấy, đèn chiếu sáng tốt nhất cho
cây trồng là đèn có phổ phát xạ phù hợp nhất với phổ hấp thụ của diệp lục (phổ
hấp thụ của diệp lục gồm có hai dải chính, dải hấp thụ trong vùng xanh lam (400 –
500 nm) có cực đại tại ~ 460 nm và dải hấp thụ màu đỏ (600 – 700 nm) có đỉnh
hấp thụ tại ~ 660 nm. Do đó việc chế tạo được bột huỳnh quang phát xạ đồng thời

2


ánh sáng đỏ và xanh lam trên cùng một nền, sẽ mở ra một cơ hội mới cho ứng
dụng trong chế tạo các loại đèn chiếu sáng chuyên dụng cho nông nghiệp.
Với những lý do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Chế tạo, nghiên cứu tính chất

quang cảu bột huỳnh quang Ba6P5BO20:Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng
trong chiếu sáng nông nghiệp ".
2. Mục đích của luận văn
- Chế tạo bột huỳnh quang Ba6P5BO20:Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ bằng phương pháp
đồng kết tủa.
- Nghiên cứu các cơ chế ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất quang của bột huỳnh
quang Ba6P5BO20:Eu3+ chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa. Từ đó tìm ra quy
trình chế tạo tối ưu.
3. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn được tiến hành chủ yếu bằng phương pháp thực nghiệm chế tạo
và thực nghiệm đo đạc. Cách tiếp cận trong quá trình nghiên cứu là từ các kết quả
thực nghiệm kết hợp với lý thuyết và các tài liệu tham khảo giải thích, so sánh,
đánh giá và tối ưu quy trình thực nghiệm. Công nghệ chế tạo vật liệu được tiến
hành tại phòng thí nghiệm trường Đại học khoa học – Đại học Thái Nguyên.
Bố cục của luận văn bao gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan lý thuyết
Chương 2: Thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận

3


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu về đèn huỳnh quang.
1.1.1. Cấu tạo
Đèn huỳnh quang được biết đến như là một trong những nguồn sáng quan
trọng có sử dụng bột huỳnh quang. Các bóng đèn huỳnh quang ngày nay có cấu tạo

không thay đổi nhiều so với trước đây. Cấu tạo chính của đèn được mô tả trên hình
1.1. Gồm ống thủy tinh hình trụ có tỷ số chiều dài và đường kính thích hợp để
giảm tổn thất công suất hai đầu, tổn thất công suất trong vùng catôt và anôt. Quanh
thành ống bên trong phủ một hoặc nhiều lớp bột huỳnh quang có độ dày cỡ vài μm,
hai đầu là hai điện cực. Ngoài ra thành ống cũng được phủ lớp Al2O3, lớp nhôm
ôxit này vừa có tính năng bảo vệ không cho các tia cực tím và điện tử tương tác
với lớp thủy tinh bên ngoài, đồng thời đóng vai trò là bề mặt phản xạ các tia cực
tím phát thải từ bức xạ của hơi thủy ngân với các bước sóng 185 nm, 254 nm
không bị lớp bột huỳnh quang hấp thụ hết. Những tia phản xạ này quay trở lại sẽ
làm tăng hiệu suất hấp thụ cho vật liệu, tăng hiệu suất điện – quang cho thiết bị.

Hình 1. 1. Cấu tạo của đèn huỳnh quang

Điện cực của các bóng đèn huỳnh quang thường được cấu tạo bởi hai hoặc nhiều
lõi Vonfram, những lõi Vonfram này được phủ bên ngoài bởi vật liệu phát xạ điện
tử như BaO, SrO hoặc CaO. Môi trường bên trong ống là hỗn hợp của hơi thủy
ngân và khí trơ, môi trường này có tác dụng hấp thụ phát xạ điện tử từ các điện cực
và chuyển hóa chúng thành bức xạ cực tím dưới tác dụng phát thải của hơi Thủy
ngân. Thông thường, áp suất của khí trơ bên trong ống đạt 0.7 kPa.

4


Dưới sự kích thích của các electron được gia tốc bởi điện trường bên trong
thành ống, những nguyên tử thủy ngân bị kích thích. Trong quá trình trở về trạng
thái ban đầu, chúng phát ra các bức xạ chủ yếu nằm trong vùng tử ngoại. Khoảng
85% bức xạ được phát ra ứng với bước sóng 254 nm và 12% ứng với bước sóng
185 nm. Còn 3% còn lại là các bức xạ có bước sóng ngắn hơn nằm trong vùng tử
ngoại-khả kiến (365, 405, 436 và 546 nm). Những ion hoạt hóa đất hiếm của vật
liệu phát quang hấp thụ những bức xạ này và phát ra các bức xạ ứng với các bước

sóng khác nhau trong vùng khả kiến khi trở về trạng thái ban đầu. Nguyên lý hoạt

Hình 1. 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đền huỳnh quang

Nguyên lý làm việc của đèn huỳnh quang. Những nguyên tử thủy ngân bị
kích thích bởi những electron được gia tốc phát ra các bức xạ nằm trong vùng tử
ngoại-khả kiến. Những bức xạ này được chuyển thành ánh sáng khả kiến bởi vật
liệu phát huỳnh quang.
1.1.2. Vật liệu huỳnh quang phủ trong đèn huỳnh quang
Dưới sự kích thích của các nguồn năng lượng bên ngoài, vật liệu có khả năng
chuyển đổi năng lượng thành các bức xạ điện từ được gọi là vật liệu huỳnh quang.
Thông thường, các bức xạ điện từ được phát xạ bởi vật liệu huỳnh quang thường
nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy (có bước sóng từ 400 - 700 nm). Tùy theo các
loại năng lượng kích thích khác nhau người ta phân thành các loại huỳnh quang
khác nhau: năng lượng kích thích bằng ánh sáng được gọi là quang phát quang;
năng lượng kích thích bằng điện trường được gọi là điện quang phát quang vv…
Quá trình phát quang xảy ra ngay sau khi được kích thích (ιF ≈ ns) được gọi là
huỳnh quang. Còn nếu quá trình phát quang xảy ra chậm (ι F ≈ μs) thì được gọi là
sự lân quang.

5


Vật liệu huỳnh quang dạng bột gọi là bột huỳnh quang. Cấu tạo chính của bột
huỳnh quang bao gồm một mạng chủ và một tâm huỳnh quang (chất pha tạp)
thường được gọi là tâm kích hoạt (activator). Mạng chủ thường là các tinh thể dạng
oxit vô cơ, sulfua hay silicat như Y2O3, YVO4, ZnO, ZnS [29], [30], … còn tâm
kích hoạt thường là các ion của kim loại chuyển tiếp, các ion đất hiếm; chúng
chiếm một lượng nhỏ so với mạng nền (thường nhỏ hơn 30% về số mol tùy dạng
vật liệu).

+ Chất nền (mạng chủ) là những chất có vùng cấm rộng do được cấu tạo từ các
ion có cấu hình điện tử lấp đầy nên thường không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy.
+ 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 (ví dụ 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) sẽ có những mức năng
lượng cách nhau bởi những khe không lớn lắm tương ứng với năng lượng ánh sáng
nhìn thấy, ta nói chúng nhạy quang học.
Khi kích thích vật liệu bằng bức xạ điện từ, các photon bị vật liệu hấp thụ. Sự
hấp thụ có thể xảy ra tại chính tâm kích hoạt hoặc tại chất nền.
 Trường hợp thứ nhất: Tâm kích hoạt hấp thụ photon, nó sẽ chuyển từ trạng
thái cơ bản lên trạng thái kích thích, quá trình hồi phục từ trạng thái kích thích về
trạng thái cơ bản sẽ bức xạ ánh sáng.
 Trường hợp thứ hai: Chất nền hấp thụ photon, khi đó điện tử ở vùng hóa trị
sẽ nhảylên vùng dẫn làm sinh ra một lỗ trống ở vùng hóa trị. Sự tái hợp giữa điện tử
ở vùng dẫn và lỗ trống ở vùng hóa trị thường không xảy ra mà điện tử và lỗ trống
có thể sẽ bị bẫy tại các bẫy, sự tái hợp giữa điện tử và lỗ trống lúc này sẽ không bức
xạ ánh sáng.
Một khả năng nữa có thể xảy ra khi chất nền hấp thụ photon đó là điện tử
không nhảy hẳn từ vùng hóa trị lên vùng dẫn mà chỉ nhảy lên một mức năng lượng
gần đáy vùng dẫn, lúc này điện tử và lỗ trống không hoàn toàn độc lập với nhau mà
giữa chúng có một mối liên kết thông qua tương tác tĩnh điện Coulomb. Trạng thái
này được gọi là exciton, nó có năng lượng liên kết nhỏ hơn một chút so với năng
lượng vùng cấm Eg. Sự tái hợp exciton sẽ bức xạ ánh sáng.

6


1.1.2.1. Giới thiệu về vật liệu huỳnh quang
Đầu thế kỉ 18 Casciarolod (nhà giả thuật người Ý) đã tìm ra loại đá có khả
năng phát quang khi ông đem nung nóng, cho ra ánh sáng rồi cất trong bóng tối.

Qua nghiên cứu người ta thấy loại đá này có thành phần chính là BaSO4 chất được
sử dụng như vật liệu làm mạng chủ của các vật liệu phát quang hiện nay.
Cách đây hơn 150 năm người ta đã biết đến và nghiên cứu về vật liệu
huỳnh quang. Năm 1859, nhà khoa học người Pháp là Becquerel đã mô tả một thiết
bị huỳnh quang được ông tạo ra bằng cách cho bột huỳnh quang vào trong ống
phóng điện với môi trường chân không cao. Năm 1896 Edison đã ứng dụng sáng
chế này để chế tạo ra bóng đèn điện.Từ đó đã mở ra một nền khoa học mới về vật
liệu huỳnh quang.
Năm 1970 kĩ sư Ed Hammer của hãng General Electric (Mỹ) đã chế tạo
bóng đèn huỳnh quang 40 watt. Lúc đầu đèn này được sản xuất theo dạng ống dài.
Đến năm 1973 hãng Phillip đã sử dụng bột huỳnh quang pha tạp đất hiếm chế tạo
ra loại bóng đèn huỳnh quang có độ sáng và chỉ số chuyển đổi màu cao.
Ngày nay vật liệu huỳnh quang được sử dụng rộng dãi trong lĩnh vực hiển
thị và chiếu sáng như FPD (Flat Panel Displays), CRT (Cathode Ray Tube) và đặc
biệt là bóng đèn huỳnh quang.
1.1.2.2. Cơ chế phát quang của vật liệu huỳnh quang
Có nhiều vật liệu khi được kích thích có khả năng phát quang. Sự phát
quang về cơ bản là sự phát xạ ánh sáng khi có sự chuyển mức điện tử của vật liệu
từ mức cao về mức thấp hơn. Khi bị kích thích điện tử chuyển lên mức cao nhờ
quá trình kích thích còn quá trình trở về xảy ra tự nhiên và sẽ phát ra các photon.
Năng lượng mà vật liệu hấp thụ được chuyển thành năng lượng tái phát xạ từ vật
liệu .
Người ta có thể phân loại vật liệu huỳnh quang dựa vào năng lượng kích
thích: quang phát quang (kích thích bằng ánh sáng), điện phát quang (kích thích
bằng điện trường) hoặc dựa vào thời gian xảy ra sự phát quang ta có huỳnh quang
(quá trình phát quang xảy ra cỡ ns) và lân quang (thời gian sống cỡ μs).

7

Hình 1. 3. Cơ chế phát quang của vật liệu huỳnh quang

Dựa vào thuyết lượng tử ta có giản đồ của các mức năng lượng trong nguyên
tử và phân tử như sau:

Hình 1.4. Cấu trúc mức năng lượng và chuyển dời quang học của nguyên tử, phân tử

Trong đó Si và Ti ( i = 0, 1, 2, 3…) biểu diễn trạng thái điện tử ở các mức
năng lượng khác nhau. Sau khi hấp thụ ánh sáng, điện tử nhảy từ trạng thái cơ bản
lên trạng thái kích thích cao hơn S1, S2, S3… Do xác suất dịch chuyển từ S ov lên
S1v lớn điện tử thường nhảy lên trạng thái S1v. Sau đó chuyển về trạng thái cơ bản
theo các cách sau:
8


Sự hồi phục dao động không bức xạ của điện tử trên mức S 1v về trạng thái
S10 và từ trạng thái S0v về trạng thái S00 trong thời gian rất nhanh, cỡ 10-12s. Sự hồi
phục điện tử từ trạng thái S10 tới trạng thái S0v có thời gian sống tương đối dài (109
s ÷ 10-8s), đây là bước chuyển chủ yếu cho bức xạ huỳnh quang của phân tử.
Sự hồi phục dao động từ các trạng thái kích thích đơn cao về trạng thái S 10 cũng
diễn ra như đã nói ở trên. Bên cạnh các dịch chuyển bức xạ còn có các dịch chuyển
không bức xạ. Thời gian diễn ra các loại dịch chuyển này cỡ 10-11s.
Cấu tạo của vật liệu huỳnh quang
Vật liệu huỳnh quang được cấu tạo từ hai phần chính là chất nền và chất pha tạp:
+ Chất nền (còn được gọi là mạng nền): là vật liệu có vùng cấm rộng, được cấu
tạo từ các ion có cầu hình điện tử lấp đầy, thường không hấp thụ ánh sáng trong
vùng nhìn thấy. Chất làm mạng nền ngoài tính trơ về mặt quang học cần có độ bền
cơ, lý, hóa cao và có cấu trúc ổn định.
+ Chất pha tạp (còn được gọi là tâm phát quang): có cấu trúc và bán kính nguyên
tử hợp với mạng nền, là những nguyên tử hay ion có cấu hình điện tử với một số

lớp chỉ lấp đầy một phần (VD: các ion kim loại chuyển tiếp có lớp d chưa bị lấp
đầy, các ion đất hiếm có lớp f chưa bị lấp đầy). Có những mức năng lượng cách
nhau những khe không lớn lắm, tương ứng với năng lượng ánh sáng nhìn thấy.
Khi kích thích vật liệu bằng bức xạ điện tử, các photon bị vật liệu hấp thụ, sự hấp
thụ có thể xảy ra tại tâm kích hoạt hoặc tại chất nền.
+ Khi tâm kích hoạt hấp thụ photon sẽ chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái
kích thích, quá trình quay trở về sẽ bức xạ ánh sáng.
+ Khi chất nền hấp thụ photon, điện tử ở vùng hóa trị sẽ chuyển lên vùng dẫn sinh
ra một lỗ trống ở vùng hóa trị. Sự tái hợp điện tử và lỗ trống lúc này thường không
xảy ra, điện tử và lỗ trống có thể sẽ bị bẫy tại các bẫy, và sự tái hợp điện tử lỗ
trống lúc này bức xạ ánh sáng.
1.1.2.3. Hiện tượng dập tắt huỳnh quang do nồng độ
Do cường độ ánh sáng kích thích thường thay đổi theo thời gian, tín hiệu
huỳnh quang sẽ không đo được như một giá trị tuyệt đối mà thường biểu diễn
thành dạng tương đối tức là đem so sánh với giá trị chuẩn của nồng độ đã biết. Có
một giá trị nồng độ xác định tại đó cường độ huỳnh quang là cực đại. Nếu nồng độ
9


lớn hơn giá trị này thì cường độ huỳnh quang bị suy giảm, ta gọi đó là sự suy giảm
hay sự dập tắt huỳnh quang.
Sự dập tắt huỳnh quang có thể do rất nhiều nguyên nhân gây ra. Một trong
các nguyên nhân đó là do tạp chất. Sự dập tắt huỳnh quang do các tâm phát quang
va chạm với các phân tử tạp chất hoặc liên kết với tạp chất sẽ dẫn đến mất năng
lượng. Sự dập tắt huỳnh quang do tạp chất có thể giải thích theo 2 cơ chế:
+ Sự dập tắt huỳnh quang do sự hình thành các đám tạp chất khi pha tạp
nồng độ cao với mục đích nhằm tăng hiệu suất phát quang. Tuy nhiên khi pha tạp
với nồng độ lớn sẽ dẫn đến sự kết đám. Khi đó năng lượng hấp thụ bởi ion này
được truyền cho ion khác ở ngay cạnh đó thay vì phát xạ ra bên ngoài.
+ Sự dập tắt huỳnh quang do sự liên kết giữa chất hoạt hóa (tâm phát

quang) với các ion, hoặc nguyên tử khác và cũng dẫn tới sự truyền năng lượng từ
tâm phát quang sang các ion tạp chất không mong muốn khác [31][22], [32].

Hình 1. 5. Sự phát triển huỳnh quang khi nồng độ pha tạp thấp (A) và sự dập tắt
huỳnh quang do pha tạp nồng độ cao (A).

1.1.3. Vật liệu huỳnh quang truyền thống ( Bột Halo phốt phát)
Bột halophotphat có thành phần chính là Ca5(PO4)3X (X = Cl, F), tâm kích
hoạt là các ion Mn2+, Sb3+ [33]. Đỉnh hấp thụ quang của mạng nền tinh khiết
khoảng 150 nm: tất các các năng lượng kích thích do thủy ngân phát ra bị hấp thụ
bởi tâm kích hoạt. Vị trí của các ion Mn 2+ và Sb3+ trong mạng nền này vẫn chưa
được xác định chính xác.
Sự pha tạp thêm ion Sb3+ vào mạng nền apatit làm ảnh hưởng mạnh đến khả
năng phát xạ ánh sáng xanh lam dưới bước sóng kích thích 254 nm. Các ion Sb 3+
10


có cấu hình 5S2 và dải hấp thụ 1S0 3P1 và 1P1 của nó tại bước sóng 255 và 205
nm. Dịch chuyển phát xạ Stokes là rất lớn, 19000 cm-1 ở nhiệt độ phòng (thường,
dịch chuyển phát xạ Stokes lớn, hiệu suất lượng tử sẽ thấp). Khi pha tạp đồng thời
cả ion Mn2+ và Sb3+ vào mạng nền apatit, một phần năng lượng sẽ bị hấp thụ bởi
ion Sb3+ và truyền cho Mn2+. Các ion Mn2+ cho phát xạ ánh sáng cam do vậy bước
sóng kích thích 254 nm của thủy ngân rất khó bị hấp thụ bởi ion Mn 2+. Khi đồng
pha tạp Sb3+ và Mn2+ với tỷ lệ thích hợp, chúng ta có thể thu được đèn huỳnh
quang phát xạ ánh sáng trắng với nhiệt độ màu trong khoảng từ 2700 đến 6500 K.
Một số loại bột halophotphat phát xạ các ánh sáng với màu sắc khác nhau
được chỉ ra trên bảng 1.3. Nhược điểm của đèn halophotphat là rất khó để thu được
đồng thời cả độ sáng và hệ số trả màu (CRI) cao. Nếu độ sáng cao (hiệu suất sáng
cỡ 80 lm/W) thì hệ số trả màu CRI đạt giá trị là 60; giá trị này có thể tăng lên đến
90 nhưng độ sáng lại giảm (hiệu suất sáng cỡ 50 lm/W).

Bảng 1. 3 : Thành phần bột halophotphat cho các loại ánh sáng khác nhau
Thành phần bột

Màu ánh sáng

Ca5(PO4)3(F, Cl):Sb3+, Mn2+ [34]
2+

Trắng
2+

Ca5(PO4)3F:Mn ,Sr5(PO4)3Cl:Mn ,
Sr5(PO4)3F:Mn2+

Vàng

Ca5(PO4)3F:Sb3+

Xanh lam, xanh lục

Ca5(PO4)3F:Sn

2+

Xanh nhạt

Ca5(PO4)3Cl:Eu2+

Xanh lam

Ca5(PO4)3Cl:Mn2+

Vàng – cam

3+

Ca5(PO4)3Cl:Sb

Trắng nhạt – Xanh lục

Ca5(PO4)3Cl:Sn2+

Trắng – hồng nhạt

Sr5(PO4)3Cl:Sb3+

Trắng – xanh lục

3+

Sr5(PO4)3F:Sb

Trắng nhạt xanh lục – xanh lam

Ba5(PO4)3Cl:Eu2+

Xanh lam - tím

1.1.4. Vật liệu huỳnh quang đất hiếm.
Khác với bột halophosphate, bột huỳnh quang pha tạp đất hiếm được chế tạo

nhằm khai thác tính chất phát quang ổn định, ít phụ thuộc vào môi trường mạng
nền của các ion đất hiếm, cũng như khả năng phát xạ ở các dải bước sóng khác
nhau trong vùng nhìn thấy của chúng. Hơn nữa, vật liệu được lựa chọn làm mạng
11


nền cho bột huỳnh quang pha tạp đất hiếm cũng là các mạng nền có độ bền bức xạ
tử ngoại và bền nhiệt cao. Ưu điểm của các bột huỳnh quang pha tạp đất hiếm là ở
chỗ, bằng cách kết hợp các loại bột huỳnh quang pha tạp đất hiếm phát xạ ở các
bước sóng khác nhau, chúng ta có thể rất dễ dàng tạo ra các loại bột huỳnh quang
mới có phổ phát xạ phân bố đều hơn trong toàn bộ vùng nhìn thấy, đưa phổ phát xạ
của đèn đến gần hơn phổ phát xạ của mặt trời.
1.1.4.1. Các dịch chuyển phát xạ và không phát xạ của các ion đất hiếm
Trong chuyển dời giữa các trạng thái kích thích và trạng thái kích thích thấp
hơn của các ion đất hiếm, xác suất chuyển dời phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai
mức. Khi khoảng cách giữa hai mức lớn, chuyển dời giữa hai mức thường là
chuyển dời bức xạ.
Các mức năng lượng của ion đất hiếm có cùng cấu hình 4f n (đều do lớp 4f
tạo nên) do đó tất cả các trạng thái có cùng tính chẵn lẻ. Nếu một ion tự do chiếm
một vị trí có đối xứng đảo trong mạng tinh thể thì các dịch chuyển giữa các mức
4fn bị cấm đối với dịch chuyển lưỡng cực điện. Nó chỉ có thể xảy ra đối với các
dịch chuyển lưỡng cực từ, và tuân theo quy tắc chọn lọc ΔL = 0, ΔS = 0 và ΔJ = 0,
±1. Tuy nhiên, ở vị trí không có đối xứng đảo thì quy tắc lựa chọn được bỏ qua và
quá trình lưỡng cực điện có thể xảy ra các dịch chuyển nhưng yếu. Trong trường
hợp này, số hạng trường tinh thể chứa thêm một thành phần lẻ Vu. Thành phần lẻ
này của trường tinh thể là sự pha trộn một số trạng thái 4f n-15d vào trạng thái 4fn
[35], [36]. Các điện tử 4f được che chắn bởi điện trường của các ion bên cạnh, số
lượng pha trộn là nhỏ, hoặc các trạng thái nằm thấp hơn phần lớn là các trạng thái
4fn và do vậy phần lớn là cùng tính chẵn lẻ. Do đó, các đường dịch chuyển phát xạ
thường rất mạnh.

Theo lý thuyết, khi điện tử từ trạng thái kích thích trở về trạng thái cơ bản sẽ
bức xạ. Thực tế, điều này không thường xuyên xảy ra, hơn nữa còn có rất nhiều tâm
không phát xạ. Lý do chính dẫn đến quá trình dịch chuyển không phát xạ là do sự
truyền năng lượng giữa các ion, sự phát xạ đa phonon và nhiệt độ. Cơ chế xuất hiện
các dịch chuyển không phát xạ được giải thích dựa vào sơ đồ cấu trúc năng lượng.
12


Đối với cả hai quá trình bức xạ lưỡng cực điện và lưỡng cực từ, xác suất dịch
chuyển tăng với ω3 (ћω là năng lượng của photon). Khi một ion ở trạng thái kích
thích chuyển tới trạng thái thấp hơn, xác suất hồi phục bức xạ thay đổi theo lũy thừa
bậc 3 của khe năng lượng giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối. Trong hồi phục
không phát xạ, các phonon được giải phóng, cho thấy xác suất của hồi phục không
bức xạ tăng khi khe năng lượng tăng, ngược với quá trình phát xạ. Điều đó quan
trọng để biết được có hay không giá trị tới hạn của khe năng lượng, mà khi lớn hơn
giá trị này các quá trình phát xạ sẽ trội hơn và nhỏ hơn khi quá trình không phát xạ
sẽ trội hơn.
1.1.4.2. Europium III (Eu3+)
Europium là nguyên tố đất hiếm thuộc họ Lanthanide, khi được cấy trong
mạng nền rắn, Europium thường ở trạng thái hóa trị 3 (Eu 3+). Ion Eu3+ có cấu hình
điện tử dạng [Xe]4f65s25p6, lớp 4f có 6 điện tử. Điều này cho phép hình thành các
cấu hình điện tử khác nhau với các mức năng lượng khác nhau do các tương tác
spin-spin, spin-quỹ đạo. Với ion Eu3+ tự do, các dịch chuyển phát xạ hầu hết bị cấm
bởi quy tắc lựa chọn. Nhưng khi nằm trong mạng nền rắn, có sự nhiễu loạn của các
hàm sóng 4f của ion Eu3+, tạo nên các dịch chuyển phát xạ yếu hơn. Hơn nữa, mạng
nền gây nên sự tách Stark của các mức năng lượng. Kết quả dẫn đến sự mở rộng
của các dịch chuyển quang.
Từ các dịch chuyển yếu cho phép trong ion Eu3+, các tiết diện bắt đối với sự
phát xạ kích thích và kích thích huỳnh quang là rất nhỏ, và thời gian sống phát xạ
đối với các trạng thái kích thích là dài.

Khi ion Eu3+ được kích thích lên mức năng lượng cao, nó sẽ nhanh chóng hồi
phục về mức năng lượng thấp hơn và phát xạ các vạch trong vùng khả kiến tương
ứng với các dịch chuyển từ mức bị kích thích 5D0 tới các mức 7Fj (j= 0, 1, 2, 3, 4, 5,
6) của cấu hình 4f6. Mức 5D0 không bị tách bởi trường tinh thể (J=0), sự tách các
dịch chuyển phát xạ sinh ra sự tách trường tinh thể trên các mức 7Fj. Ion Europium
(Eu3+) phát xạ rất mạnh trong vùng nhìn thấy. Sau khi được kích thích với năng
13


lượng tối thiểu 2,18 eV các điện tử sẽ chuyển lên mức năng lượng kích thích 5D0
sau đó dịch chuyển về trạng thái mức năng lượng cơ bản 7F2 và phát ra ánh sáng
màu đỏ với bước sóng 613 nm.
Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyển quang trong ion Eu 3+ được chỉ
ra trên hình 1.6.

Hình 1.6. Giản đồ mức năng lượng của các dịch chuyển quang trong ion Eu3+

1.1.5. Bột huỳnh quang ba phổ.
Khi kết hợp ba loại bột huỳnh quang phát xạ tại các bước sóng 450, 550 và
610 nm sẽ thu được đèn huỳnh quang có đồng thời cả hiệu suất sáng ( 80 lm/W)
và hệ số trả màu cao (80 - 90). Loại đèn này là đèn huỳnh quang ba màu (tri-color
phosphor).
Các nguyên tố đất hiếm có các dải sóng và đường phát xạ hẹp với ion Eu 3+ là
ứng viên tuyệt vời cho phát xạ ánh sáng đỏ, Tb3+ cho phát xạ ánh sáng xanh lục và
Eu2+ cho phát xạ ánh sáng xanh lam.
Vật liệu Y2O3:Eu3+ là vật liệu huỳnh quang phát xạ ánh sáng đỏ tuyệt vời
với phổ phát xạ cực đại tại bước sóng 613 nm và các đỉnh phát xạ khác có cường
độ yếu. Nó dễ dàng bị kích thích bởi bước sóng 254 nm với hiệu suất lượng tử cao.

14

Bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng xanh lam là bột phát xạ ra ánh sáng nằm
trong dải bước sóng từ 420 – 490 nm và có cực đại tại bước sóng 450 nm, Các loại
bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng xanh lam hay được dùng là BaMgAl 10O17:Eu2+
với hiệu suất lượng tử đạt khoảng 80 - 90% [37], [38].
Ion phát xạ ánh sáng xanh lục trong đèn huỳnh quang ba màu là ion Tb 3+.
Dải hấp thụ cho phép là 4f8 4f75d1 nằm ở mức năng lượng cao để quá trình kích
thích 254 nm đạt hiệu quả. Thông thường, người ta thường bổ sung thêm chất tăng
hoạt tính và ion Ce3+. Một số loại bột phát xạ ánh sáng xanh lục hay gặp là LaPO 4
pha tạp Ce và Tb [39]–[41].

Hình 1. 7. PL của đèn huỳnh quang ba màu Rạng Đông với nhiệt độ màu 6500K

1.2. Đèn chiếu sáng cho nông nghiệp
1.2.1. Giải phát xạ của đèn huỳnh quang ứng dụng trong chiếu sáng nông
nghiệp.
Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây xanh là một quá trình phức tạp,
chịu ảnh hưởng lớn của các yếu tố bên ngoài như: ánh sáng, nước ... Cây xanh hấp
thụ ánh sáng để tổng hợp các dưỡng chất cần thiết nuôi sống “cơ thể” do vậy ánh
sáng ảnh hưởng đến toàn bộ đời sống của thực vật từ khi nảy mầm đến khi sinh
hoa, kết trái. Tuy nhiên, chỉ có khoảng 45% ánh sáng mặt trời chiếu tới nằm trong
vùng ánh sáng thích hợp cho quá trình quang hợp, lá cây hấp thụ chủ yếu các tia
sáng xanh, đỏ và đỏ xa; không hấp thụ ánh sáng màu xanh lục và ánh sáng vàng
trong quá trình tổng hợp chất diệp lục.

15


Ánh sáng đỏ, đỏ xa và xanh tham gia vào hầu hết các quá trình phát triển của

cây. Đặc biệt, quá trình đơm hoa của cây đòi hỏi phải tăng cường nhiều ánh sáng
đỏ.
Đèn huỳnh quang, huỳnh quang compact ứng dụng trong sản xuất nông
nghiệp công nghệ cao (gọi tắt là đèn nông nghiệp - NN) là loại đèn chỉ chiếu ánh
sáng đơn sắc (đỏ - đỏ xa với tỷ lệ Fr/R nhất định tùy thuộc vào nhu cầu của từng
loại cây và giai đoạn phát triển của cây) hoặc là đèn gồm hỗn hợp của hai loại bột
huỳnh quang đỏ/ xanh tương ứng với phổ hấp thụ ánh sáng của cây trồng.
Theo đó, lớp bột huỳnh quang bên trong đèn huỳnh quang gồm bốn thành
phần huỳnh quang, tương ứng có 4 đỉnh phát xạ trong dải (440 ÷ 460) nm, (540 ÷
560) nm, (600 ÷ 620) nm và (700 ÷ 800) nm.
1.2.1. Bột huỳnh quang ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp.
Các nguyên tố đất hiếm có các dải sóng và đường phát xạ hẹp với ion Eu3+ là
ứng viên tuyệt vời cho phát xạ ánh sáng đỏ, Tb3+ cho phát xạ ánh sáng xanh lục và
Eu2+ cho phát xạ ánh sáng xanh lam.
Bột đỏ
Vật liệu huỳnh quang pha tạp Eu3+ là vật liệu huỳnh quang phát xạ ánh
sáng đỏ tuyệt vời với phổ phát xạ cực đại tại bước sóng 613 nm và các đỉnh phát xạ
khác có cường độ yếu. Nó dễ dàng bị kích thích bởi bước sóng 254 nm với hiệu
suất lượng tử cao, do bức xạ 254 nm được hấp thụ bởi quá trình chuyển đổi điện
tích của ion Eu3+. Nồng độ pha tạp thấp góp phần làm giảm giá thành của nguyên
tố đất hiếm với độ tinh khiết cao đồng thời hạn chế sự dập tắt huỳnh quang không
mong muốn ở các mức phát xạ cao của ion Eu3+.
Bột xanh lam (blue)
Bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng xanh lam là bột phát xạ ra ánh sáng nằm
trong dải bước sóng từ 420 – 490 nm và có cực đại tại bước sóng 450 nm, tại đó hệ
số trả màu tốt nhất được tìm thấy trên đỉnh phát xạ 480 nm. Mục tiêu của đèn
huỳnh quang ba màu là cho sản lượng ánh sáng cao với hệ số trả màu tốt nên chỉ
các bột huỳnh quang cho đỉnh phát xạ trong khoảng 440 nm - 460 nm mới đáp ứng
yêu cầu. Các loại bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng xanh lam hay được dùng là

16