TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Y3Al5O12/YAlO3 ĐỒNG PHA TẠP ION Cr3+ VÀ Mn4+ CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG PHA RẮN

Khuất Thị Thư; Nguyễn Tư; Phạm Thị Lan Hương

doi:10.34238/tnu-jst.12548

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Y3Al5O12/YAlO3 ĐỒNG PHA TẠP ION Cr3+ VÀ Mn4+ CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG PHA RẮN

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 11/04/25 Ngày hoàn thiện: 16/06/25 Ngày đăng: 17/06/25

Các tác giả

1. Khuất Thị Thư, Đại học Phenikaa
2. Nguyễn Tư, Đại học Phenikaa
3. Phạm Thị Lan Hương , Đại học Phenikaa

Tóm tắt

Bột huỳnh quang phát xạ đỏ - đỏ xa Y₃Al₅O₁₂/YAlO₃:Cr³⁺ (YAG/YAP:Cr³⁺) đồng pha tạp với ion Mn⁴⁺ được chế tạo thành công bằng phương pháp phản ứng pha rắn ở nhiệt độ cao. Kết quả giản đồ nhiễu xạ tia X chỉ ra rằng ion Cr³⁺ và Mn⁴⁺ đồng thời thay thế cho ion Al³⁺trong ô bát diện [AlO₆] của hai mạng nền Y₃Al₅O₁₂ (YAG), YAlO₃ (YAP). Ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường cho thấy vật liệu YAG/YAP:(Cr³⁺, Mn⁴⁺) nung ở 1500 °C có dạng hạt với kích thước cỡ 2 mm. Phân tích phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang cho thấy vật liệu YAG/YAP:(Cr³⁺, Mn⁴⁺) cho phát xạ mạnh trong vùng đỏ - đỏ xa với đỉnh 694 nm và kích thích tốt ở hai bước sóng 404 nm và 560 nm. Cường độ huỳnh quang cực đại thu được ứng với mẫu YAG/YAP pha tạp 1,3%Cr³⁺ và 0,05%Mn⁴⁺ nung tại 1500 °C trong thời gian 5 giờ ngoài không khí. Sự có mặt của ion đồng pha tạp Mn⁴⁺đã làm tăng cường độ phát xạ mẫu YAG/YAP:1,3%Cr³⁺ lên 3,47 lần so với mẫu đơn pha tạp. Sự tăng cường này được lý giải là do đóng góp của quá trình truyền năng lượng từ ion Mn⁴⁺ sang Cr³⁺ trong mạng nền YAG/YAP. Bên cạnh đó, mẫu tối ưu có khả năng đáp ứng được 15,54% vùng đỏ - đỏ xa trong phổ hấp thụ của phytochrome đỏ xa P_fr. Các kết quả thu được chứng tỏ rằng vật liệu Y₃Al₅O₁₂/YAlO₃:Cr³⁺ đồng pha tạp với ion Mn⁴⁺ có tiềm năng ứng dụng lớn trong chế tạo đèn LED chiếu sáng chuyên dụng cho cây trồng.

Từ khóa

Y3Al5O12-YAlO3:Cr3+; Ion Mn4+ và Cr3+; Đồng pha tạp; Truyền năng lượng; Phát xạ đỏ - đỏ xa

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] Z. Wen-Chen, M. Yang, and L. Hong-Gang, "Local compressibilities of Cr³⁺ and Mn⁴⁺ octahedral clusters in YAlO₃ crystals," Phys. B Condens. Matter., vol. 407, pp. 4635–4637, 2012.

[2] Y. Zhong, S. Gai, M. Xia, S. Gu, Y. Zhang, X. Wu, J. Wang, N. Zhou, and Z. Zhou, "Enhancing quantum efficiency and tuning photoluminescence properties in far-red-emitting phosphor Ca₁₄Ga₁₀Zn₆O₃₅: Mn⁴⁺ based on chemical unit engineering," Chem. Eng. J., vol. 374, pp. 381–391, 2019.

[3] T. H. Nguyen, T. Nguyen, T. T. Duong, T. Q. Do, D. A. Dao, T. D. Tran, T. T. N. Tran, and T.H. Pham, "Photoluminescent properties of red-emitting phosphor BaMgAl₁₀O₁₇ :Cr³⁺ for plant growth LEDs," Opt. Mater., vol. 108, 2020, Art. no. 110207.

[4] R. Ma, K. Cheng, J. Long, X. Liu, B. Li, C. Yang, X. Gong, C. Deng, and W. Huang, "A far-red-emitting LiGaTiO₄: Cr³⁺ phosphor for potential application in plant growth LEDs," Mater. Sci. Semicond. Process, vol. 179, 2024, Art. no. 108527.

[5] S. Adachi, "Review—Mn⁴⁺ vs Cr³⁺: A Comparative Study as Activator Ions in Red and Deep Red-Emitting Phosphors," ECS J. Solid State Sci. Technol., vol. 9, 2020, Art. no. 026003.

[6] B. M. Małysa, "Near infrared broad band emitting Cr³⁺ phosphors for pc-LEDs," PhD Thesis, Utrecht University, 2019.

[7] A.S. Gandhi and C.G. Levi, "Phase selection in precursor-derived yttrium aluminum garnet and related Al₂O₃-Y₂O₃ compositions," J. Mater. Res., vol. 20, pp. 1017–1025, 2005.

[8] M.G. Brik and A.M. Srivastava, "On the optical properties of the Mn⁴⁺ ion in solids," J. Lumin., vol. 133, pp. 69–72, 2013.

[9] K.K. Kumarbekov, Z.S. Zhilgildinov, Z.T. Karipbayev, A.M. Zhunusbekov, E.E. Nurmoldin, M.G. Brik, Y. Suchikova, M. Kemere, A.I. Popov, and M.T. Kassymzhanov, "A novel method of preparation of Y₃Al₅O₁₂: Cr³⁺ ceramics and its structural and optical characterization," Opt. Mater., vol. 159, 2025, Art. no. 116535.

[10] A. A. Kravtsov, V. A. Tarala, F. F. Malyavin, D. S. Vakalov, V. E. Suprunchuk, L. V. Tarala, V.A. Lapin, E. V. Medyanik, E. A. Brazhko, and O. M. Chapura, "Optical and luminescent properties of quasi-stoichiometric YAG: Cr³⁺ ceramics," J. Eur. Ceram. Soc., vol. 43, pp. 7085–7095, 2023.

[11] J. A. Mares, W. Nie, and G. Boulon, "Multisites and energy transfer in Cr³⁺-Nd³⁺ codoped Y₃Al₅O₁₂ and YAlO₃ laser crystals," Journal de Physique, vol. 51.15, pp. 1655-1669, 1990.

[12] J. Jiang, Y. Cheng, W. Chen, Z. Liu, T. Xu, M. He, L. Zhou, R. Yuan, W. Xiang, and X. Liang, "Mn⁴⁺/Zn²⁺:YAG glass ceramic for light emitting devices," Mater. Res. Bull., vol. 105, pp. 277–285, 2018.

[13] K. Li, H. Lian, R. V. Deun, and M. G. Brik, "A far-red-emitting NaMgLaTeO₆: Mn⁴⁺ phosphor with perovskite structure for indoor plant growth," Dyes and Pigments, vol. 162, pp. 214-221, 2019.

[14] D. T. Le, “Synthesis of the far-red emitting Y₂O₃:Eu³⁺ and orange to far-red emitting YAG:Eu³⁺ phosphors for application in plant growth fluorescent lamps,” PhD Theisis, Hanoi University of Science and Technology, 2016.

[15] M. Hosseinifard, H. Goldooz, A. Badiei, A. Kazemzadeh, "Preparation and Characterization of Y₃Al₅O₁₂:Cr³⁺Nanophosphor by Electrochemical Technique," Advanced Ceramics Progress, vol. 6, pp. 30-34, 2020.

[16] Q. Lin, X. Wu, J. Peng, W. You, X. Ye, and D. Huang, "Near‐Unity Internal Quantum Efficiency and High Thermal Stability of Sr₃MgGe₅O₁₄: Cr³⁺ Phosphor for Plant Growth," Laser & Photonics Reviews, vol.10, 2025, Art. no. 2402047.

[17] M. Yuan, X. Yang, and S. Xiao, "Photoluminescence Properties of Mn⁴⁺, Cr³⁺ co-doped BaMgAl₁₀O₁₇ Phosphor, " ECS J Solid State SC., vol. 9, 2020, Art. no. 126002.

[18] L. Zntio, J. Ou, X. Yang, and S. Xiao, "Luminescence performance of Cr³⁺ doped and Cr³⁺, Mn⁴⁺ co-doped La₂ZnTiO₆ phosphors," Mater. Res. Bull., vol. 124, 2020, Art. no. 110764.

[19] F. Zou, M. Li, X. Ma, and G. Li, "Enhanced red emission of MgAl₂O₄:Cr³⁺/Mn⁴⁺ phosphor co-doped with alkali metal ions," Ceram. Inter., vol. 50, pp. 37201-37207, 2024.

[20] Y. Li, J. Zuo, T. Zheng, S. Yang, P. He, J. Zhang, S. Liu, F. Yang, J. Peng, and X. Ye, "Mn⁴⁺, Cr³⁺ Co-doped K₂LiGaF₆ Phosphors with Bright Near-Infrared Luminescence," Adv. Opt. Mater., vol. 12, 2024, Art. no. 2400171.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.12548

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ