ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ION Eu3+ LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU SrTiO3

Chu Việt Hà; Nguyễn Duy Cừ; Dương Thị Thu Hương; Lô Thị Huế; Chu Thị Anh Xuân; Nguyễn Văn Hảo; Bùi Minh Quý; Vũ Quang Tùng; Phạm Quỳnh Trang; Lê Tiến Hà

doi:10.34238/tnu-jst.6870

ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ION Eu3+ LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU SrTiO3

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 03/11/22 Ngày hoàn thiện: 22/11/22 Ngày đăng: 22/11/22

Các tác giả

1. Chu Việt Hà, Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên
2. Nguyễn Duy Cừ, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
3. Dương Thị Thu Hương, Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông - ĐH Thái Nguyên
4. Lô Thị Huế, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
5. Chu Thị Anh Xuân, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
6. Nguyễn Văn Hảo, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
7. Bùi Minh Quý, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
8. Vũ Quang Tùng, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
9. Phạm Quỳnh Trang, Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên
10. Lê Tiến Hà , Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên

Tóm tắt

Để cải thiện chất lượng ánh sáng của các đèn LED phát xạ ánh sáng trắng cần tạo ra một loại vật liệu phát xạ mạnh trong vùng ánh sáng đỏ và đỏ xa. Vật liệu SrTiO₃ pha tạp ion Eu³⁺ được chúng tôi tổng hợp bằng phương pháp phản ứng xẩy ra ở pha rắn, với nhiệt độ nung thiêu kết 1100 ^oC, với nồng độ pha tạp từ 1 đến 6% nguyên tử. Kết quả phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy vật liệu có cấu trúc perovskite với mạng tinh thể dạng lập phương với độ tinh khiết pha cao. Khi nung thiêu kết ở 1100 ^oC, vật liệu có biên hạt rõ nét, có kích thước phân bố đều trong khoảng từ 300 đến 500 nm. Vật liệu SrTiO₃ pha tạp Eu hấp thụ mạnh trong vùng từ ngoại cho phát xạ mạnh trong vùng ánh sáng đỏ, với giải phát xạ từ 525 đến 725 nm, tương ứng với quá trình dịch chuyển từ trạng thái ⁵D₀ về ⁷F_j (j = 0, 1, 2, 3, 4) của ion Eu³⁺ trong mạng nền tinh thể SrTiO₃. Hiện tượng dập tắt huỳnh quang quan sát thấy ở nồng độ pha tạp 4% ion Eu³⁺. Vật liệu thu được đáp ứng tốt cho những ứng dụng phủ trên các LED phát xạ ánh sáng trắng và đèn LED chuyên dụng cho chiếu sáng thực vật.

Từ khóa

Vật liệu SrTiO3 pha tạp Eu; Bột huỳnh quang phát xạ đỏ; Cấu trúc perovskite; SrTiO3:Eu3+; Diot phát xạ ánh sáng trắng

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] M. T. Tran, Q. T. Do, T. Nguyen, D. A. Do, T. H. Le, V. D. Nguyen, and T. H. Pham, "Single-phase far-red-emitting ZnAl₂O₄:Cr³⁺ phosphor for application in plant growth LEDs," J. Alloys Compd., vol. 884, pp. 1–13, 2021, doi: 10.1016/j.jallcom.2021.161077.

[2] D. Q. Trung, N. V. Quang, M. T. Tran, N. V. Du, N. Tu, N. D. Hung, D. X. Viet, D. D. Anh, and P. T. Huy, "Single-composition Al³⁺-singly doped ZnO phosphors for UV-pumped warm white light-emitting diode applications," Dalt. Trans, vol. 50, pp. 9037-9050, 2021, doi: 10.1039/d1dt00971k.

[3] M. T. Tran, T. Nguyen, V. Q. Nguyen, D. H. Nguyen, T. H. Le, Q. T. Do, and T. H. Pham, "Excellent thermal stability and high quantum efficiency orange-red-emitting AlPO⁴:Eu³⁺ phosphors for WLED application," J. Alloys Compd., vol. 853, 2021, doi:10.1016/j.jallcom.2020.156941.

[4] Y. Zhang, L. Luo, G. Chen, Y. Liu, R. Liu, and X. Chen, "Green and red phosphor for LED backlight in wide color gamut LCD," J. Rare Earths, vol. 38, pp. 1-12, 2020, doi: 10.1016/j.jre.2019.10.005.

[5] J. Qiao, J. Zhao, Q. Liu, and Z. Xia, "Recent advances in solid-state LED phosphors with thermally stable luminescence," J. Rare Earths, vol. 37, pp. 565–572, 2019, doi: 10.1016/j.jre.2018.11.001.

[6] V. Q. Nguyen, T. H. Nguyen, T. Nguyen, Q. T. Do, D. A. Do, M. T. Tran, and T. H. Pham, "A high quantum efficiency plant growth LED by using a deep-red-emitting α-Al₂O₃:Cr³⁺phosphor," Dalt. Trans, vol. 50, pp. 12570–12582, 2021, doi: 10.1039/d1dt00115a.

[7] L. Muresan, E. J. Popovici, F. Imre-Lucaci, R. Grecu, and E. Indrea, "Studies on Y₂O₃:Eu phosphor with different particle size prepared by wet chemical method," J. Alloys Compd., vol. 483, pp. 346–349, 2009, doi: 10.1016/j.jallcom.2008.08.087.

[8] Y. Shimokawa, S. Sakaida, S. Iwata, K. Inoue, S. Honda, and Y. Iwamoto, "Synthesis and characterization of Eu³⁺ doped CaZrO₃ based perovskite type phosphors. part II: PL properties related to the two different dominant Eu³⁺ substitution sites," J. Lumin, vol. 157, pp. 113–118, 2015, doi: 10.1016/j.jlumin.2014.08.042.

[9] T. H. Le, T. K. Nguyen, and T. H. Pham, "Synthesis and Optical Properties of Eu²⁺ and Eu³⁺ Doped SrBP Phosphors Prepared by Using a Co-precipitation Method for White Light-Emitting Devices," J. Electron. Mater, vol. 45, pp. 3356–3360, 2016, doi:10.1007/s11664-016-4460-2.

[10] Q. Bai, S. Zhao, Z. Xu, and P. Li, "Partial cation substitution of tunable blue-cyan-emitting Ba₂B₂O₅:Ce³⁺ for near-UV white LEDs," J. Am. Ceram. Soc., vol. 102, pp. 6213–6226, 2019, doi.10.1111/jace.16501.

[11] N. Luewarasirikul and J. Kaewkhao, "Light-Emitting CaMoO₄:Dy³⁺ Phosphors for Photonic Materials : Synthesis and Luminescence Properties," AIP Conference Proceedings ,vol. 2279, pp. 1-8, 2020, doi:10.1063/5.0023233

[12] K. N. Shinde, S. J. Dhoble, N. Brahme, and A. Kumar, "Combustion synthesis of Sr₆AlP₅O₂₀:Dy³⁺ submicron phosphor for high dose TL dosimetry," Radiat. Meas, vol. 46, pp. 1886–1889, 2011, doi: 10.1016/j.radmeas.2011.01.015.

[13] S. H. Dai, Y. F. Liu, and Y. N. Lu, "Preparation of Eu³⁺ doped (Y,Gd)₂O₃ flowers from (Y,Gd)₂(CO₃)₃.nH₂O flowerlike precursors: Microwave hydrothermal synthesis, growth mechanism and luminescence property," J. Colloid. Interface Sci., vol. 349, pp. 34–40, 2010, doi: 10.1016/j.jcis.2010.05.059.

[14] B. Wang, H. Lin, F. Huang, J. Xu, H. Chen, Z. Lin, and Y. Wang, "Non-Rare-Earth BaMgAl_10-2xO₁₇:xMn⁴⁺,xMg²⁺: A Narrow-Band Red Phosphor for Use as a High-Power Warm w-LED," Chem. Mater, vol. 28, 2016, doi:10.1021/acs.chemmater.6b01303.

[15] X. Yang, C. Pu, H. Qin, S. Liu, Z. Xu, and X. Peng, "Temperature-A nd Mn²⁺ Concentration-Dependent Emission Properties of Mn²⁺ doped ZnSe Nanocrystals," J. Am. Chem. Soc., vol. 141, pp. 2288–2298, 2019, doi:10.1021/jacs.8b08480.

[16] M. G. Kwak, J. H. Park, and S. H. Shon, "Synthesis and properties of luminescent Y₂O₃:Eu (15-25wt%) nanocrystals," Solid State Commun., vol. 130, pp. 199–201, 2004, doi:10.1016/j.ssc. 2004.01.042.

[17] E. Yang, G. Li, C. Fu, J. Zheng, X. Huang, W. Xu, and L. Li, "Eu³⁺ doped Y₂O₃ hexagonal prisms: Shape-controlled synthesis and tailored luminescence properties," J. Alloys Compd., vol. 647, pp. 648–659, 2015, doi:10.1016/j.jallcom.2015.06.016.

[18] X. Zhang, J. Zhang, J. Huang, X. Tang, and M. Gong, "Synthesis and luminescence of Eu²⁺ doped alkaline-earth apatites for application in white LED," J. Lumin, vol. 130, pp. 554–559, 2010, doi:10.1016/j.jlumin.2009.10.030.

[19] S. Qiu, H. Wei, M. Wang, S. Zhang, Y. Zhou, L. Xu, X. Wang, and H. Jiao, "Synthesis and photoluminescence of Mn⁴⁺ activated ternary-alkaline fluoride K₂NaGaF₆ red phosphor for warm-white LED application," RSC Adv., vol. 7, pp. 50396-30402, 2017, doi:10.1039/c7ra10274g.

[20] K. Kumari, R. N. Aljawfi, A. K. Chawla, R. Kumar, P. A. Alvi, A. Alshoaibi, A. Vij, F. Ahmed, M. Abu-samak, and S. Kumar, "Engineering the optical properties of Cu doped CeO₂ NCs for application in white LED," Ceram. Int., vol. 46, pp. 7482–7488, 2020, doi:10.1016/j.ceramint.2019.11.246.

[21] T. Kang, S. Lee, T. Kim, and J. Kim, "Efficient Luminescence of Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ nanophosphor and its film applications to LED and Solar cell as a downconverter," Sci. Rep, vol. 10, pp. 1-7, 2020, doi:10.1038/s41598-020-58469-7.

[22] Z. Yang, L. Yang, C. Ji, D. Xu, C. Zhang, H. Bu, X. Tan, X. Yun, and J. Sun, "Studies on luminescence properties of double perovskite deep red phosphor La₂ZnTiO₆:Mn⁴⁺ for indoor plant growth LED applications," J. Alloys Compd., vol. 802, pp. 628–635, 2019, doi:10.1016/j.jallcom. 2019.06.199.

[23] T. T. H. Pham, D. D. Nguyen, X. H. Vu, T. T. Tran, X. C. Nguyen, V. T. Nguyen, M. T. Pham, H. T. Van, and V. D. Phan, "Synthesis and In-Depth Study of the Mechanism of Silver Nanoplate and Nanodecahedra Growth by LED Irradiation for SERS Application," J. Electron. Mater, vol. 49, pp. 5009–5027, 2020, doi:10.1007/s11664-020-08240-5.

[24] H. Lee and W. J. Chung, "Eu²⁺ doped oxyfluoride glass-ceramic with nepheline as an efficient 400 nm UV-LED color converter," J. Am. Ceram. Soc., vol. 104, pp. 4024–4032, 2021, doi: 10.1111/jace.17810.

[25] T. R. Raman, Y. C. Ratnakaram, and B. D. P. Raju, "Synthesis and spectroscopic investigations on Pr³⁺ doped LiPbB₅O₉ phosphor: A blue converting red phosphor for white LEDs," Optik (Stuttg), vol. 225, pp. 1-30, 2021, doi: 10.1016/j.ijleo.2020.165758.

[26] K. Park, G. Deressa, D. Kim, J. Kim, J. Kim, and T. Kim, "AStability test of white led with bilayer structure of red InP quantum dots and yellow YAG:Ce₃₊ phosphor," J. Nanosci. Nanotechnol, vol. 16, pp. 1612–1615, 2016, doi:10.1166/jnn.2016.11981.

[27] X. Di, X. He, J. Jiang, P. Li, W. Xiang, X. Liang, and T. Shen, "Facile fabrication of Eu³⁺ activated YAG:Ce³⁺ glass ceramics exhibiting high thermal stability and tunable luminescence for warm white LEDs," J. Mater. Sci. Mater. Electron, vol. 28, pp. 8611–8620, 2017, doi:10.1007/s10854-017-6585-3.

[28] B. M. J. Smets, "Phosphors based on rare-earths, a new era in fluorescent lighting," Mater. Chem. Phys., vol. 16, pp. 283–299, 1987, doi: 10.1016/0254-0584(87)90103-9.

[29] R. Rajeswari, N. Islavath, M. Raghavender, and L. Giribabu, "Recent Progress and Emerging Applications of Rare Earth Doped Phosphor Materials for Dye-sensitized and Perovskite Solar Cells: A Review," Chem. Rec., vol. 19, pp. 1-25, 2019, doi: 10.1002/tcr.201900008.

[30] C. Wei, D. Xu, J. Li, A. Geng, X. Li, and J. Sun, "Synthesis and luminescence properties of Eu³⁺ doped a novel double perovskite Sr₂YTaO₆ phosphor," J. Mater. Sci. Mater. Electron, vol. 30, pp. 2864–2871, 2019, doi:10.1007/s10854-018-0563-2.

[31] G. Pan, X. Bai, W. Xu, X. Chen, D. Zhou, J. Zhu, H. Shao, Y. Zhai, B. Dong, L. Xu, and H. Song, "Impurity Ions Codoped Cesium Lead Halide Perovskite Nanocrystals with Bright White Light Emission toward Ultraviolet-White Light-Emitting Diode," ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 10, pp. 39040–39048, 2018, doi:10.1021/acsami.8b14275.

[32] W. Huang, Q. Liu, X. Li, Q. Zhu, L. Wang, and Q. Zhang, "Dy³⁺ doped BaLaMgSbO₆ double perovskite highly efficient white phosphor," Ceram. Int., vol. 45, pp. 15624–15628, 2019, doi:10.1016/j.ceramint.2019.05.073.

[33] M. Abdi, V. Mahdikhah, and S. Sheibani, "Visible light photocatalytic performance of La-Fe co-doped SrTiO₃ perovskite powder," Opt. Mater. (Amst), vol. 102, pp. 1-11, 2020, doi:10.1016/j.optmat. 2020.109803.

[34] C. Wei, D. Xu, Z. Yang, J. Li, X. Chen, X. Li, and J. Sun, "Synthesis and Photoluminescence Properties of Eu³⁺ Activated Double Perovskite Ba₂YTaO₆ Red Phosphor," J. Electron. Mater, vol. 48, pp. 5048–5054, 2019, doi:10.1007/s11664-019-07306-3.

[35] R. F. Gonçalves, A. P. Moura, M. J. Godinho, E. Longo, M. A. C. Machado, D. A. D. Castro, M. S. Li, and A. P. A. Marques, "Crystal growth and photoluminescence of europium-doped strontium titanate prepared by a microwave hydrothermal method," Ceram. Int., vol. 41, pp. 3549–3554, 2015, doi:10.1016/j.ceramint.2014.11.018.

[36] H. J. Jang, S. J. Park, J. H. Yang, S. M. Hong, C. K. Rhee, D. Kim, and Y. Sohn, "Photocatalytic and photoelectrocatalytic properties of Eu(III)-doped perovskite SrTiO₃ nanoparticles with dopant level approaches," Mater. Sci. Semicond. Process, vol. 132, pp. 1-12, 2021, doi: 10.1016/j.mssp.2021. 105919.

[37] H. Trabelsi, M. Akl, and S. H. Akl, "Ultrasound assisted Eu³⁺ doped strontium titanate nanophosphors: Labeling agent useful for visualization of latent fingerprints," Powder Technol., vol. 384, pp. 70–81, 2021, doi:10.1016/j.powtec.2021.02.006.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.6870

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ