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 gian phòng thường cung cấp phối hợp ánh sáng tự nhiên ánh sáng nhân tạo, tức hệ thống đèn loại Nguyên liệu chủ yếu đươc dùng thiết bị phát sáng bột huỳnh quang Khoa học khơng ngừng nghiên cứu tìm phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang với ưu điểm nhằm khắc phục nhược điểm phương pháp cũ, phương pháp cổ truyền Được sử dụng nhiều linh kiện huỳnh quang, vật liệu phát quang yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất phát quang linh kiện, định màu sắc ánh sáng phát 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 Giới thiệu vật liệu huỳnh quang - Là thành phần quan trọng nhất, sử dụng thiết bị huỳnh quang, định đến chất lượng thiết bị -  Mỗi loại vật liệu huỳnh quang có yêu cầu chung yêu cầu cụ thể : • Hấp thụ tốt xạ kích thích: vùng hấp thụ lượng khơng phải dải mà thường hấp thụ mạnh vùng định •Hiệu suất huỳnh quang Hhq = Hht + Hlt Hlt = Ppx / Pht Hiệu suất huỳnh quang cần tính tốn cho cao •Vật liệu huỳnh quang có phổ phát xạ dải rộng -Vật liệu huỳnh quang kết hợp số vùng xạ - Phổ xạ trải 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 nhiều tác nhân gây suy giảm phẩm chất vật liệu (tác động hóa, nhiệt, điện trường, từ trường, học ) •Độ đồng hình dạng kích thước hạt Sự phân bố hình dạng ,kích thước hạt vật liệu có vai trị quan trọng, ảnh hưởng tới hiệu suất phát quang vật liệu Trong vật liệu huỳnh quang nói chung, hạt có hình cầu phân bố kích thước từ nanomet đến vài micromet tùy lĩnh vực áp dụng 2 Cơ chế phát quang vật liệu -Vật liệu huỳnh quang bị kích thích có khả phát quang - Gồm: chất chất pha tạp •Chất nền( mạng chủ) -Là vật liệu bền có vùng cấm rộng - Có tính suốt xạ vùng ánh sáng nhìn thấy vùng xạ kích thích tâm phát quang -Mạng đóng vai trị môi trường phân tán thành phần xạ quang Chất làm mạng ngồi tính trơ quang học cịn cần có độ bền lý hóa, ổn định cấu trúc có khả đính nguyên tử pha tạp nút mạng •Chất pha tạp( tâm kích hoạt) - Là nguyên tử hay ion có cấu hình điện tử với số lớp lấp đầy phần ion kim loại chuyển tiếp có lớp d chưa bị lấp đầy, ion đất có lớp f chưa bị lấp đầy đóng vai trị tâm phát quang - Chúng nhạy quang học Các vật liệu bị kích thích, photon bị vật liệu hấp thụ Sự hấp thụ xảy tâm phát quang chất Có nhiều loại chế chuyển mức phát xạ: Phát xạ chuyển mức tái hợp điện tử lỗ trống Phát xạ chuyển mức vùng- vùng Phát xạ chuyển mức exiton Cơ chế phát quang vật liệu phụ thuộc vào cấu hình điện tử ngun tố pha tạp đóng vai trị tâm phát xạ Chương 2: Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quang Phương pháp gốm cổ truyền Sơ đồ phương pháp chế tạo gốm cổ truyền • Ưu điểm :  Đơn giản, dễ thực hiện , chi phí thấp phù hợp với  nhiều  phịng thí nghiệm • Nhược điểm: - Sản phẩm thu được có độ đồng nhất khơng cao -  Dải phân bố kích thước hạt rộng -  kích thước hạt lớn và tiêu tốn nhiều năng lượng   2. Phương pháp đồng kết tủa - Người ta thực khuếch tán chất tham gia phản ứng mức độ phân tử (precursor phân tử) - Hỗn hợp ban đầu gọi precursor có tỷ lệ ion kim loại theo hợp thức hợp chất ta cần tổng hợp chuẩn bị hỗn hợp dung dịch chứa muối thực phản ứng đồng kết tủa (dưới dạng hidroxit, cacbonat, oxalate,…) - Cuối tiến hành nhiệt phân sản phẩm rắn đồng kết tủa Chế tạo phương pháp cần đảm bảo hai điều kiện: • Phải bảo đảm trình đồng kết tủa, nghĩa kết tủa đồng thời kim loại • Phải đảm bảo precursor tức hỗn hợp pha rắn chứa ion kim loại theo tỷ lệ sản phẩm mong muốn •Ưu điểm - Chế tạo vật liệu có kích thước cỡ nanomet - Phản ứng tiến hành điều kiện nhiệt độ phịng thí nghiệm, tiết kiệm lượng, giảm thiểu q trình mát bay hơi, nhiễm mơi trường - Sản phẩm thu có tính đồng cao, bề mặt riêng lớn, độ tinh khiết hóa học cao - Lượng mẫu thu lần chế tạo nhiều - Trong phương pháp đồng kết tủa, chất muốn khuếch tán sang cần vượt qua quãng đường từ 10 đến 50 lần kích thước mạng sở, nghĩa nhỏ nhiều so với phương pháp gốm cổ truyền •Nhược điểm - Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả tạo phức ion kim loại ion tạo kết tủa, lực ion độ pH dung dịch… - Tính đồng hóa học oxit phức hợp tùy thuộc vào tính đồng kết tủa từ dung dịch - Việc chọn điều kiện để ion kim loại kết tủa công việc tất khó khăn phức tạp -Q trình rửa kéo theo cách chọn lọc cấu tử làm cho sản phẩm thu có thành phần khác với thành phần dung dịch ban đầu 3. Phương pháp phun nhiệt phân ( pp aerosol) Khí  khử  Nguyê n liệu Buồng  aeroso l (1) Máy  pháy  siêu  Lị  nhiệt  (2) Sản  phẩm  (3) •Ưu điểm Đây phương pháp ưu việt để chế tạo vật liệu huỳnh quang nói chung, thường sử dụng cơng nghiệp với quy trình liên tục nguyên liệu đầu vào sản phẩm đầu Các hạt bột tạo thành từ hạt sol lơ lửng nên có dạng hình cầu hồn chỉnh, khơng bị ảnh hưởng q trình kết đám nung nhiệt độ cao… •Nhược điểm Tuy nhiên phương pháp phun nung có hạn chế việc chế tạo vịi phun khó khăn, thiết bị dễ bị ăn mịn áp dụng cho cation kim loại dễ thủy phân Phương pháp Sol-gel theo đường khác thủy phân muối, thủy phân alkoxide hay đường tạo phức Sol-gel trình phức tạp có nhiều biến thể khác phụ thuộc vào loại vật liệu mục đích chế tạo cụ thể  Về chế hoá học: Quá trình Sol – gel hình thành với dạng phản ứng phản ứng thủy phân phản ứng ngưng tụ bao gồm phản ứng ngưng tụ rượu phản ứng ngưng tụ nước o Phản ứng thủy phân \  Thủy phân M(OR)X + nH2O = (RO )x­n­ M ­(OH)n + nROH OH Hoá ester M(OR)X + xH2O = M(OH)x + x ROH Phản ứng ngưng tụ MOR + MOH = M -O-M + ROH MOH + MOH = M-O-M + H2O •Ưu điểm - Vật liệu tổng hợp nhiệt độ thấp so với phương pháp gốm truyền thống - Quá trình chế tạo phương pháp sol-gel cho phép hòa trộn cách đồng nhiều thành phần với - Cho phép chế tạo vật liệu lai hóa vơ hữu cơ, khơng có tự nhiên - Dễ pha tạp - Có thể chế tạo vật liệu có hình dạng khác như: bột, khối, màng, sợi vật liệu có cấu trúc nano - Có thể điều khiển độ xốp độ bền học thông qua việc sử lí nhiệt - Chế tạo vật liệu có độ tinh khiết cao - Phù hợp với yêu cầu chế tạo loại vật liệu bột có kích thước micro nano •Nhược điểm - Hóa chất ban đầu thường nhạy cảm với ẩm - Khó điều khiển q trình phản ứng, khó tạo lặp lại điều kiện quy trình - Xảy trình kết đám tăng kích thước hạt nhiệt độ cao trình ủ nhiệt Kết Luận Sau thời gian nghiên cứu tài liệu tiểu luận thu số kết sau: -Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang phương pháp: Phương pháp sol-gel, phương pháp phun nhiệt phân, phương pháp gốm cổ truyền, phương pháp đồng kết tủa -Ưu nhược diểm phương pháp Cả phương pháp áp dụng phịng thí nghiệm Cho đến bốn phương pháp áp dụng dạng bán công nghiệp( dạng sản xuất vừa nhỏ) Trong phịng thí nghiệm phương pháp Sol-gel phương pháp nhiều người dùng XI CH N NT Â ÀN H CẢ H !!! ƠN M ... 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 Giới thiệu vật liệu huỳnh quang - Là thành... dụng nhiều linh kiện huỳnh quang, vật liệu phát quang yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất phát quang linh kiện, định màu sắc ánh sáng phát ỨNG DỤNG Đèn huỳnh quang TIỂU LUẬN CHUYÊN ĐỀ :... vùng định •Hiệu suất huỳnh quang Hhq = Hht + Hlt Hlt = Ppx / Pht Hiệu suất huỳnh quang cần tính tốn cho cao •Vật liệu huỳnh quang có phổ phát xạ dải rộng -Vật liệu huỳnh quang kết hợp số vùng xạ